使用MAX11254模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行精密壓力傳感器測(cè)量

本應(yīng)用筆記討論了MAX11254在壓力傳感器應(yīng)用中的卓越性能，這要?dú)w功于其吸引人的特性，包括多個(gè)差分輸入通道、低噪聲、高內(nèi)部可編程增益放大器和低功耗。

介紹

壓力傳感器測(cè)量施加在單位區(qū)域（例如氣體、液體或床墊等特定平臺(tái)上的力體）的力。壓力傳感器充當(dāng)傳感器，并產(chǎn)生與其所承受的力相對(duì)應(yīng)的電壓電信號(hào)。該輸出電壓通常在毫伏范圍內(nèi)非常低。為了捕獲這種低壓信號(hào)，必須使用非常靈敏和精確的器件，如MAX11254模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。

MAX11254 ADC基本特性

MAX11254為6通道、24位Δ-Σ型ADC，性能出色，工作模式下僅消耗2.2mA電流，休眠模式下功耗僅為1μA。高達(dá) 64ksps 的采樣率可實(shí)現(xiàn)精確的直流測(cè)量。此外，內(nèi)部可編程增益差分放大器 （PGA） 噪聲僅為 6.2nV/√Hz，可編程范圍為 1 至 128，這使其成為測(cè)量輸出電壓信號(hào)極低的壓力傳感器的理想器件。

MAX11254的輸入?yún)⒖荚肼曉?0sps （0.81μVRMS）的低采樣速率下比在12.8ksps （10.8μVRMS）的高采樣速率下至少低13倍。表1給出了MAX11254數(shù)據(jù)資料中MAX11254在單周期轉(zhuǎn)換模式下的噪聲數(shù)據(jù)。

在表1中，LP為低功耗模式，LN為低噪聲模式。在LP模式下，該器件的功耗比低噪聲模式下低約1mA。然而，在LN模式下，該器件針對(duì)低噪聲性能進(jìn)行了優(yōu)化，其折合到輸入端的噪聲電壓通常比低功耗模式下低40%。

根據(jù)表1中的噪聲數(shù)據(jù)，采樣速率越低，折合到輸入端的噪聲越低，這意味著信噪比（SNR）和信噪比加失真（SINAD）值越高。因此，根據(jù)以下等式，在低采樣率下，有效位數(shù)（ENOB）更高：

評(píng)估了MAX11254的動(dòng)態(tài)性能。圖1至圖4顯示了采樣率高達(dá)64ksps的單周期和連續(xù)模式的ENOB值。

圖1.MAX11254 ENOB值在單周期轉(zhuǎn)換模式下為直接增益范圍為1至128，采樣速率高達(dá)1ksps。

圖2.MAX11254 ENOB值在單周期轉(zhuǎn)換模式下為直接增益范圍為1至128，采樣速率高達(dá)12.8ksps。

圖3.MAX11254 ENOB在連續(xù)模式下的直接增益范圍為1至128，采樣速率高達(dá)1ksps。

圖 4.MAX11254 ENOB值在連續(xù)模式下直接和增益范圍為1至128，采樣速率高達(dá)64ksps。

如圖1至圖4所示的測(cè)量數(shù)據(jù)證實(shí)，在最低采樣速率下，22.5位的ENOB最高?；谶@些測(cè)量數(shù)據(jù)，為了更準(zhǔn)確地捕獲壓力傳感器的低輸出電壓，最好以較低的采樣率進(jìn)行。原因是噪聲相對(duì)于頻率主要是平坦的。因此，由于帶寬較窄，降低采樣率會(huì)成比例地降低噪聲。因此，ENOB在較低的采樣率下更高。此外，由于PGA的噪聲低于ADC調(diào)制器的噪聲，因此使用PGA通常比旁路或直接模式產(chǎn)生更高的ENOB。

圖5所示為MAX11254 ADC，MPXV10GC6U配置為壓力傳感器，用于測(cè)量傳感器的輸出電壓，對(duì)應(yīng)于施加的輸入壓力。

圖5.MAX11254 ADC壓力傳感器連接。

在 0 PSI 時(shí)，壓力傳感器的輸出電壓在精密電壓計(jì)（如安捷倫 34401A）上指示 19.998mV。MAX11254測(cè)得的電壓為20.034mV。當(dāng)壓力增加到1.35 PSI時(shí)，MAX11254從傳感器捕獲的相應(yīng)輸出電壓為53.103mV。圖6和圖7分別給出了MAX11254EVKIT軟件上測(cè)得的電壓與壓力的關(guān)系以及捕獲的數(shù)據(jù)。

圖6.壓力傳感器的傳遞函數(shù)。

圖7.MAX11254輸出電壓為0 PSI。

圖8.MAX11254測(cè)量MPXV10CC6U傳感器的輸出電壓精度與壓力的關(guān)系。

結(jié)論

壓力傳感器通常提供非常低的輸出電壓（以毫伏為單位），這就需要具有寬動(dòng)態(tài)增益范圍的低噪聲和高精度ADC來精確測(cè)量電壓。MAX11254 ADC具有極低的密度噪聲，僅為6.2nV/√Hz PGA，增益范圍為1倍至128倍，因此設(shè)計(jì)滿足所有這些嚴(yán)格要求。該內(nèi)部PGA還提供輸入信號(hào)隔離。因此，無需其他外部放大器即可實(shí)現(xiàn)出色的性能。此外，MAX11254內(nèi)置時(shí)序控制器和6路差分輸入，支持掃描選定的模擬通道、可編程轉(zhuǎn)換延遲和數(shù)學(xué)運(yùn)算。這使其成為自動(dòng)壓力傳感器監(jiān)測(cè)的理想設(shè)備。

審核編輯：郭婷