(1.中航工业西安航空打算技能研究所，陕西 西安710068；
2.集成电路与微系统设计航空科技重点实验室，陕西 西安710068；3.太原航空仪表有限公司，山西 太原030006；
4.西安翔腾微电子科技有限公司，陕西 西安710068)
摘 要：在传感器系统中，为了能够得到精确的数据，须要对传感器旗子暗记进行补偿和处理。传感器旗子暗记调理芯片正是对传感器旗子暗记进行调理的一种技能。在现有旗子暗记调理芯片的根本上，提出了几种旗子暗记调理芯片运用办理方案，实现补偿校准、环路供电等功能。同时通过办理方案的几种范例运用案例，阐述理解决方案在系统中的利用。与传统的旗子暗记调理方法比较，这些办理方案减少了元器件利用，降落了功耗，可以用于运算放大器、仪表放大器等设备，从而知足不同档次产品的需求。
中图分类号：V243.1
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2016.05.004
中文引用格式：刘敏侠，胡署凡，宣晓刚，等. 基于自主传感器旗子暗记调理芯片运用办理方案[J].电子技能运用，2016，42(5)：14-17.
英文引用格式：Liu Minxia，Hu Shufan，Xuan Xiaogang，et al. Application solution based on autonomic design sensor signal conditioner[J].Application of Electronic Technique，2016，42(5)：14-17.
0 弁言
基于半导体压阻效应制成的传感器在丈量过程中须要与被测物体打仗才能得到丈量结果。但由于半导体材料（硅、砷化镓等）的本征特点，一些影响系统性能的问题（如非线性、热灵敏度漂移、热零点漂移和零点输出等）普遍存在，这些问题会严重影响传感器的精确度。以是，传感器的输出旗子暗记必须进行调理和补偿。传统意义上的旗子暗记调理办法为采取仿照电路进行校准和补偿，存在很多缺陷，如功耗大、用度高档[1]。旗子暗记调理芯片可以把软件和硬件补偿相结合，对传感器输出旗子暗记进行调理。同时，通过接口对校准和补偿系数进行读写，从而得到补偿后的传感器输出电压以及传感器的电桥电压。旗子暗记调理芯片是一种较好的传感器旗子暗记调理设备。
HKA2910是一种高性能、低本钱的旗子暗记调理芯片，可以用于优化过程掌握中和工业上利用阻性器件的传感器系统。它包含片内闪存、片内温度传感器以及纯仿照旗子暗记传输电路。HKA2910具有旗子暗记放大、旗子暗记校准以及温度补偿等功能，其综合事情特性可以实现逼近传感器固有的可重复能力的特点。它的纯仿照旗子暗记电路在输出旗子暗记过程中不会引入额外的噪声（如量化噪声等），并且利用自身所集成的16位数模旗子暗记转换器(Digital to Analog Converter，DAC)实现数字化校正，可专门用于掌握硅压阻传感器的事情状态。HKA2910与各种芯片的接口大略，只须要极少量的外接电阻、电容即可构成所需的实用电路，且能达到较高的线性度和精确度[2]。
1 芯片特点
HKA2910包含一个可编程传感器勉励、一个16级可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)、4个16位的DAC、一个768字节(即6 144 bit)的内部存储器、一个内嵌式温度传感器和一个通用运算放大器。除了对偏移量和跨度进行补偿外，它还利用偏移量所对应的温度系数(Temperature Coefficient，TC)和跨度温度系数(Full Scale Output Temperature Coefficient，FSOTC)产生分外的温度补偿，既能供应高灵巧性，又能降落检测的本钱。HKA2910为16引脚封装，可供应军温级事情温度范围[3]。
HKA2910利用集成的16位DAC对仿照旗子暗记通道的输出旗子暗记进行数字化校正。偏移量和跨度可以校准在±0.02%满量程之内[4]。
HKA2910高精度旗子暗记传感器的管脚排列如图1所示，引脚描述如表1所示。
HKA2910高精度传感器旗子暗记调理芯片供应塑料封装（HKA2910-LSI）与陶瓷封装（HKA2910-LSB）两种封装形式，可以根据利用环境选择所须要的封装类型。
2 范例运用构造
通过将HKA2910与较少的外围元件相连接，就可以使HKA2910实现不同的功能。下面先容几种常用构造电路。
2.1 MAP传感器补偿校准
在汽车电控系统中，常日哀求MAP（进气歧管绝对压力）传感器为比例电压输出，可按图2进行电路连接。在实现补偿校准的过程中，为了实现HKA2910的设置以及掌握功能，须要将锁定引脚(UNLOCK)接为高电平，对数字接口（DIO接口）的双向通信功能进行使能。自有的比例输出构造可以供应和电源电压值成比例的旗子暗记输出。该输出可运用于比例模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)，产生一个与电源电压无关的数值。比例调节是电池供电设备、汽车制造等许多工业场合需考虑的主要成分[5]。图2所示的高性能的比例输出构造中，除HKA2910外，只需很少的外部元件。所需外部元件为：一个电源旁路电容；一个可选的输出电磁滋扰（Electro Magnetic Interference，EMI）抑制电容；2个可选电阻：RISRC和RSTC，用于分外类型传感器电桥。
2.2 非比例事情范例电路
非比例输出电路(12 V<VPWR<40 V)构造能够使传感器的事情电源范围变得更宽。电路中的高性能电压基准(如MAX 15006B)为HKA2910事情供应稳定的基准电压和电源，范例示例见图3。当哀求输入电压在宽范围内以及系统ADC或读取设备不支持比例事情时，须要非比例事情[6]。
2.3 4 mA~20 mA输出的环路电路
工业上普遍须要丈量各种非电物理量，例如温度、压力、速率、角度等，都须要转换成仿照量电旗子暗记才能传输到几百米外的掌握或者显示设备上。将这种物理量转换成电旗子暗记的设备称为变送器。工业上最常采取的是4 mA~20 mA电流来传输仿照量。
4 mA~20mA电流环输出形式因其具有抗滋扰性、可长间隔传输以及传感器2线事情制的优点对过程掌握大有裨益。环路电压可以在12 V~40 V之间，在实质上是非比例构造[7]。利用HKA2910自身低电流损耗的特点以及其内置的通用运算放大器，可以组成一个大略的4 mA~20 mA驱动电路，为芯片自身供电。详细电路构造如图4所示。
3 在航空系统中的范例运用方案
航空系统中不可避免地要利用大量传感器，这些传感器每每处于高速、低压乃至辐射环境下，以是传感器旗子暗记调理系统是必不可少的。本节通过对五种在航空系统中利用传感器的示例来解释旗子暗记调理芯片的运用方案。
3.1 翱翔参数数据采集系统
翱翔参数数据一样平常是指飞机状态参数（飞机的航速航向、剩余油量、发动机转速和温度等）、位置参数（经纬度、高度和韶光等）、滑油压力和温度等。翱翔参数数据常日由飞机传感器得到，旗子暗记格式紧张有仿照旗子暗记、数字旗子暗记和频率旗子暗记三类，翱翔参数的采集系统构造如图5所示。被采集到的数据旗子暗记，首先被中心处理器CPU处理后存入缓存，当一个缓存区的存储空间用尽时，数据通过高速总线打包传输至数据记录器，并清空缓存，同时另一个缓存区存储采集系统当前采集到的数据。个中，对付仿照旗子暗记和频率旗子暗记的采集，都须要旗子暗记调理器对旗子暗记进行初步处理。
3.2 空速系统
空速系统是一种丈量系统，紧张用来丈量空气总温、静压和总压等参数，为机载设备供应翱翔过程中须要的高度、高度差、高度变革率、静压、动压、温度、真空速、指示空速、空气密度等必要信息。空速计作为无人机系统中非常主要的传感器，对无人机的自主掌握与安全翱翔具有非常主要的意义。基于压力传感器所设计的空速计不但在小型和微型无人机上有着很好的运用，也在其他须要丈量空速的地方发挥主要浸染。空速管、压力管路、动静压传感器、旗子暗记调理电路等构造、元器件组成了无人机的空速系统，如图6所示。
3.3 翱翔姿态指示系统
翱翔姿态指示系统是一种仪表系统，用来指示和丈量飞机姿态。它为近地警告系统、雷达系统和翱翔掌握系统等多个机载设备供应所须要的翱翔数据。翱翔姿态指示系统在航空电子系统中承担着非常主要的任务。一种翱翔姿态指示系统的整体构造如图7所示。
3.4 发动机尾气监测系统
发动机尾气监测系统（如图8所示）采取静电传感器对尾气中带电颗粒进行监测。这个传感器采取电流旗子暗记的办法进行输出，旗子暗记调理器通过按比例转换的办法将电流旗子暗记转换为电压旗子暗记。尾气静电监测系统中最前真个元件为静电传感器，它一样平常被安装在发动机尾喷管处，感应到的旗子暗记一样平常频率较低并且强度较弱。在气路高温环境中，由于有大量电磁场和噪声等滋扰因子，高频的噪声滋扰旗子暗记随之产生。因此须要采取得当的滤波电路对采集的静电旗子暗记进行滤波处理，削弱频率较高的滋扰、噪声以及高次谐波。
3.5 发动机转速掌握系统
转速掌握是航空发动机掌握最紧张的任务，对推力的掌握可以通过对转速的掌握来实现。在航空发动机数字化掌握系统中，转速传感器所测得的转子转速旗子暗记每每不能直接被电子掌握器所吸收，须要进行旗子暗记的调理。转速传感器、旗子暗记调理电路、主燃油生路掌握器以及电子掌握器几大部分组成了航空发动机转速掌握系统，其紧张系统构造框图如图9所示。
4 结论
本文基于传感器旗子暗记须要进行补偿的须要，提出了高动态范围、高精度、低功耗、低本钱的旗子暗记调理办理方案。这些方案具有优秀的技能指标以及稳定可靠的事情性能，并且具有集成化、模块化等特点。这些办理方案已在多家单位的多个项目、课题中被采取，有些随项目进行了系统运用验证和测试。采取这些方案后，传感器采集旗子暗记性能稳定、可靠性高，系统精度显著提高，功耗极大降落，功能密度大幅提高，在微型化设计方面成效显著，知足了传感器系统采集和转换的各项技能指标哀求。随着集成传感器旗子暗记调理系统越来越广泛的运用，这些办理方案因空间利用率低、掩护方便、本钱低，具有明显的技能上风，已成为旗子暗记调理首选设计方案[8-9]。
参考文献
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