LCR数字电桥中的压力传感器实例

1、数字电桥在此给出一个压力传感器的实例,其所涉及的原理适用于任何使用类似电桥的传感器。公式1给出了一个原始的压力传感器的输出模型。其中，VOUT在给定压力P下具有很宽的变化范围，不同传感器在同一温度下，或者同一传感器在不同温度下，其VOUT都 有所不同。因此要提供一个一致的、有意义的输出，每个传感器都必须进行校正，以补偿器件之间的差异和温度漂移。长期以来，校准都是通过模拟电路进行的。然而，现代电子学的进展使得数字校准比模拟校准更具成本效益，而且其准确性也更好。此外，利用一些模拟技术“窍门”，数字电桥可以在不牺牲精度的前提下简化数字校准。

VOUT=VB（PS0（1+S1（T-T0））+U0+U1（T-T0）） （1）

2、式中，VOUT为电桥输出，VB是电桥的激励电压，P是外加压力，T0是参考温度，S0是T0温度下的灵敏度，S1是灵敏度的温度系数（TCS），U0是在无压力情况下电桥在温度T0时的输出偏移量（或失衡），而U1则是偏移量的温度系数（OTC）。公式（1）使用一次多项公式来对传感器进行建模，而有些应用场合可能会用到高次多项公式、分段线性技术或者分段二次逼近模型，并为其中的系数建立一个查寻表。无论使用哪种模型，数字校准时都要对VOUT、VB和T进行数字化，同时要采用某种方公式来确定全部系数并进行必要的计算。公式（2）由公式（1）变化所得，从中可清楚地看到，数字电桥通过数字计算（通常由微控制器（MCU）执行）而输出压力值所需的信息。

P=（VOUT/VB-U0-U1（T-T0））/（S0（1+S1（T-T0））  （2）

一个高精度ADC先对VOUT （AIN1/AIN2）、温度（AIN3/AIN4）和VB （AIN5/AIN6）进行数字化，这些测量值随后被传送到MCU，在那里转换成实际的压力。电桥直接由电源驱动，电源同时也为ADC、电压基准源和MCU供电。电阻公式温度检测器Rt用来测量温度，ADC内的输入复用器同时测量电桥、RTD和电源电压。为确定校准系数，整个系统（或至少是RTD和电桥）被放到恒温箱里，在多个不同温度下进行测量。数字电桥测量数据通过测试系统进行处理，以确定校准系数，zui终的系数被下载到MCU并存储到非易失性存储器中。