一种硅压阻传感器的信号处理电路制造技术

本发明专利技术提供一种硅压阻传感器的信号处理电路，包括激励源、硅压阻传感器、放大器、基准电源、模拟电路电源、数字电路电源和模数转换器，整个电路设置一个恒流源为基准源，以恒流源为基准通过电流控制电压源的方式产生模数转换器所需的基准电压，以恒流源激励硅压阻传感器产生的传感器输入电压为基准通过电压控制电压源产生放大器和模数转换器所需的模拟电路电源；本发明专利技术有效的降低了硅压阻传感器硬件信号处理的设计难度，降低了产品制造成本，提高了硅压阻传感器系统的测量精度。

A signal processing circuit for a silicon piezoresistive sensor

The present invention provides a signal processing circuit of silicon piezoresistive sensors, including the excitation source, silicon piezoresistive sensor, amplifier, analog circuit, a reference power supply, digital circuits and analog to digital converter, the circuit sets a constant current source as a reference source, constant current source for the voltage reference base current by controlling the voltage the source generates ADC required for the circuit of power amplifier and ADC analog reference generated by a voltage controlled voltage source required by the sensor input voltage constant current source excitation silicon piezoresistive sensor is produced; the invention effectively reduces the design difficulty of silicon piezoresistive sensor hardware signal processing, reduce the product the manufacturing cost, improves the measurement accuracy of the sensor system of silicon piezoresistive.

【技术实现步骤摘要】
一种硅压阻传感器的信号处理电路
本专利技术属于半导体传感器领域，涉及硅压阻传感器的信号处理，具体是一种硅压阻传感器的信号处理电路。
技术介绍
硅压阻传感器是以半导体硅材料的压阻效应制成的半导体传感器，具有体积小、动态性能优良、廉价等优点而得到广泛应用。但硅压阻传感器的电阻系数和压阻系数具有较大的温度系数，从而导致传感器的灵敏度和零点因温度的漂移较大；同时半导体材质的传感器电路对电路干扰的明感度也比较高。如何通过对硅压阻传感器进行有效硬件信号处理，以提高硅压阻传感器系统的测量精度，降低产品制造成本，扩展其使用范围，有着极大的经济价值。目前的硅压阻传感器的硬件信号处理如图1所示，由硅压阻传感器、激励源、放大器、模数转换器、基准电压、模拟电路电源、数字电路电源共7部分组成。在目前的硅压阻传感器信号处理电路中电子部件存在如下非理想电气特点：1）硅压阻传感器的阻值存在着一定的温度系数，因此在相同的力和相同的电流激励的作用下，不同的温度下传感器存在输入内阻值和输出电压值不同，我们称之为输入内阻温漂，输出电压温漂；2）恒流激励源，在不同的温度下的输出电流也存在差异，称之为输出电流温漂；3）基准电压，在不同温度下的输出电压值也存在差异，称之为输出电压温漂；4）放大器存在着有限的共模电压抑制比和电源电压抑制比；5）模数转换器由于受到基准电压的稳定度和准确度、模拟电路电压噪声以及输入的采样信号的漂移存在的影响，其量化误差必然存在；6）传感器、恒流激励器、放大器、基准电压、模拟电路电源、模数转换器受到电场干扰后也会存在输出差异；在目前的传感器信号处理电路中，采用了独立的传感器恒流激励电路、独立的模数转换电压基准、独立的模拟电路工作电压，因此无法采用低成本的方法克服以上电子部件环节电气特性而的造成的硅压阻传感器系统的测量精度损失。如何处理好硅压阻传感器信号处理的这6个部分之间的关系，以提高系统的测量精度，是其电路设计的关键技术所在。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种硅压阻传感器的信号处理电路，克服现有信号处理电路存在的问题，提高系统的测量精度。本专利技术为了实现上述目的所采用的技术方案是：一种硅压阻传感器的信号处理电路，包括激励源、硅压阻传感器、放大器、基准电源、模拟电路电源、数字电路电源和模数转换器，其特征在于：整个电路设置一个恒流源为基准源，以恒流源为基准通过电流控制电压源的方式产生模数转换器所需的基准电压，以恒流源激励硅压阻传感器产生的传感器输入电压为基准通过电压控制电压源产生放大器和模数转换器所需的模拟电路电源；所述基准源包括基准电压芯片、场效应管、偏置电阻和电流取样电阻，其产生的恒定电流输入到硅压阻传感器，对传感器产生恒流激励；所述电流控制电压源由仪表放大器、反馈电阻、恒流源的电流取样电阻、电容组成，产生基准电压源，基准电压源连接模数转换器作为模数转换器所需的基准电压信号；所述电压控制电压源包括运算放大器、电阻、三极管和电容器，产生模拟电路电源，模拟电路电源受控于硅压阻传感器上的电压值；所述模数转换器的数字电路部分的电源由稳压芯片产生。本专利技术的有益效果是：这样的硅压阻传感器的信号处理电路解决目前硅压阻传感器硬件信号处理方法中存在的技术问题，提高了系统的测量精度，降低了硅压阻传感器硬件信号处理电路的设计成本，提高产品的合格率。附图说明图1是传感器信号处理电路的结构框图；图2是本专利技术的电路图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：一种硅压阻传感器的信号处理电路，如图1所示，同样由激励源、基准电压、模拟电路电源、数字电路电源、放大器、模数转换器、硅压阻传感器共7部分组成，电路中如图2所示，采用了U1(TL431)为基准电压源、U2(AD620)为仪表放大器、U3B(LM358)运算放大器、U4A和U4B(AD8552AR)轨到轨放大器、U5(CS5490A)模数转换器、WY1(TLE4275)带复位的稳压芯片、Q1(BSS138)场效应管、Q2(A9013)三极管、以及电阻、排阻、电容、磁阻、TVS组成电路。S1是本电路原理中采用了硅压力传感器的原形，型号为M-17。接插件CN1是整个电路对外的电路接口，除了为整个电路提供工作所需的原始的直流电压，同时提供了传感器信号的对外的数字接口。具体的电路组成如下：激励源由基准电压芯片U1(TL431)、场效应管Q1(BSS138)、偏置电阻R201(100K欧)、电流取样电阻R202(2.5K欧)组成的恒流源；U1的1脚与R201的下脚相连；U1的2脚、R202的上脚、Q1的3脚、U2的3脚相连；U1的3脚、R202的下脚、传感器S1的5脚、U2的2脚、U3B的5脚相连；R201的上脚、Q1的1脚同节点VA相连。基准电压由仪表放大器U2(AD620)、电阻R203(49K欧)、电容C213(0.22微法)组成；U2的1脚、R203的下脚相连；U2的2脚、U1的3脚、R202的下脚、U3B的5脚、传感器S1的5脚；U2的3脚、U1的2脚、R202的上脚、Q1的3脚相连；U2的4脚、U2的5脚、C213的下脚同节点AGND相连；U6的6脚、C213的上脚、U5的9脚相连；U5的7脚与节点VA相连。模拟电路电源由运算放大器U3B(LM358)、电阻R204(100欧)、三极管Q2(A9013)、电容C203(0.1微法)、电容E203(10微法)组成；U3B的5脚、U1的3脚、R202的下脚、传感器S1的5脚、U2的2脚相连；U3B的6脚、Q2的下脚、E203的上脚、C203的上脚与节点AVCC相连；U3B的7脚、R204的左脚相连；U3B的8脚、E203的下脚、C203的下脚与节点AGND相连；U3B的4脚、Q2的上脚与节点VA相连；R204的右脚、Q2的左脚相连。数字电路电源由稳压芯片WY1(TLE4275)、电容E103(10微法)、电容C104(0.1微法)、电容E102(10微法)、电容C105(0.1微法)组成；WY1的1脚、E103的上脚、C104的上脚、CN1的1脚相连；WY1的3脚、E103的下脚、C104的下脚、E102的下脚、C105的下脚、C103的下脚、CN1的2脚与节点DGND相连；WY1的5脚、E102的上脚、C105的上脚、R101的上脚、U5的16脚与节点DVCC相连；WY1的2脚、R101的下脚、U5的3脚相连；U5的4脚、C103的上脚相连。放大器由轨到轨放大器U4(AD8552AR)、电阻R206(100K欧)、电阻R205(100K欧)、电容C206(0.22微法)、电容C205(0.22微法)、电阻R207(1K欧)、电阻R208(1K欧)、传感器S1的匹配电阻组成；U4A的2脚、S1的7脚、R206的左脚、C206的左脚相连；U4A的3脚、S1的4脚相连；U4A的1脚、R206的右脚、C206的右脚、R208的左脚相连；U4B的5脚、S1的10脚相连；U4B的6脚、R205的左脚、C205的左脚、S1的9脚相连；U4B的7脚、R205的右脚、C205的右脚、R207的左脚相连。模数转换器由模数转换芯片U5(CS5490A)、晶振X1(4.096Mhz)、电容C214(22皮法)、电容C215(22皮法)、电容C207(0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅压阻传感器的信号处理电路，包括激励源、硅压阻传感器、放大器、基准电源、模拟电路电源、数字电路电源和模数转换器，其特征在于：整个电路设置一个恒流源为基准源，以恒流源为基准通过电流控制电压源的方式产生模数转换器所需的基准电压，以恒流源激励硅压阻传感器产生的传感器输入电压为基准通过电压控制电压源产生放大器和模数转换器所需的模拟电路电源。

【技术特征摘要】
1.一种硅压阻传感器的信号处理电路，包括激励源、硅压阻传感器、放大器、基准电源、模拟电路电源、数字电路电源和模数转换器，其特征在于：整个电路设置一个恒流源为基准源，以恒流源为基准通过电流控制电压源的方式产生模数转换器所需的基准电压，以恒流源激励硅压阻传感器产生的传感器输入电压为基准通过电压控制电压源产生放大器和模数转换器所需的模拟电路电源。2.根据权利要求1所述一种硅压阻传感器的信号处理电路，其特征在于：所述基准源包括基准电压芯片、场效应管、偏置电阻和电流取样电阻，其产生的恒定电流输入到硅压阻传感器，对传感器产生恒...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫永德，
申请(专利权)人：太原市太航压力测试科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14