[发明专利]一种单芯片集成的传感器信号调理电路

说明书

技术领域

本发明属于高精度模拟电路设计领域，具体涉及一种单芯片集成的传感器信号调理电路。

背景技术

压阻式传感器具有精度高，灵敏度高，稳定性好、频率响应范围宽、易于小型化，便于批量生产与使用方便等特点，是一种发展迅速，应用广泛的新型传感器。但是由于半导体的温度特性，压阻式传感器会发生温度漂移，且存在非线性，在相当程度上限制了压阻式传感器的应用。

为改善压阻传感器的温度漂移，一般采用补偿措施进行系统补偿，提高压阻式传感器的精度。传统的补偿方法可分为硬件补偿和软件补偿两大类。硬件补偿方法是针对核心压敏电阻或惠斯通电桥内部，采用串并联电阻的方式进行桥内或器件内部补偿，但这种方式电阻的确定需通过很多测量和计算，阻值获取很麻烦，并且随着温度的变化电阻呈现一个非线性的变化，补偿中会存在比较大的误差。

软件补偿方法主要是针对压阻式传感器的输出信号，一般是对传感器的标定数据进行“软件”处理。软件补偿方法主要有二维回归分析法，二维插值法和人工神经网络学习法等。虽然软件补偿的方法较为灵活，不需要进行复杂的电路设计。但是软件补偿需要求解大规模的矩阵方程，方程的维数越多，计算的数据量越大。本发明针对压阻式传感器在测量当中易发生温度漂移的缺点，研制了一种智能化的压阻式传感器温度补偿系统结构，将其集成在一颗单芯片内部，实现了低功耗、小型化、高性能的发展要求。该方法利用现代信号调理技术，以温度调理为核心，通过高阶曲线拟合对采集的温度补偿参数进行拟合，从而实现了对压阻式压力传感器温度漂移的高精度补偿。

发明内容

为了解决现有的为提高压阻式传感器的精度采用的补偿方法计算数据量大、补偿误差比较大的技术问题，本发明提供一种单芯片集成的传感器信号调理电路。该电路实现了压阻式传感器在工作温度范围内的零点OFFSET和满量程Full Span的一阶线性补偿，以及零点OFFSET和满量程Full Span的高阶非线性补偿，通过二维的补偿方式，极大的提高了压阻式传感器的精度和线性度，使得传感器的性能得到极大的提升。

本发明的技术解决方案：

一种单芯片集成的传感器信号调理电路，其特殊之处在于：包括电流源控制电路、温度传感器、三级可编程增益放大器、满量程DAC、满量程温度系数(FSOTC)DAC、零点DAC和零点温度系数(OTC)DAC、ADC、存储单元、数字控制逻辑单元及时钟振荡器；

所述三级可编程增益放大器将被测传感器的输出信号进行放大转换为电压信号通过模拟端口OUT输出；

所述温度传感器用于检测当前环境温度，并发送给ADC；

所述ADC用于将当前环境温度转换为当前温度数字量，并发送给数字控制逻辑单元；

所述数字控制逻辑单元用于向外部提供通信接口，使得外部预设满量程温度系数DAC和零点温度系数DAC的输入数字量，设置存储单元的地址索引，预设三级可编程增益放大器的增益；并在正常工作模式下，根据收到的当前温度数字量后根据存储单元的地址索引读取与该温度对应的地址上所存储的补偿量，将补偿量发送给满量程DAC、满量程温度系数DAC、零点DAC和零点温度系数DAC；

所述存储单元用于根据预设的地址索引在对应的地址存储补偿量；

所述时钟振荡器向数字控制逻辑单元和三级可编程增益放大器提供时钟信号；

满量程DAC、满量程温度系数DAC用于将接收到的补偿量转化成激励模拟量输出给电流源控制电路；

电流源控制电路用于采集满量程DAC、满量程温度系数DAC的输出的激励模拟量，根据激励模拟量调节自身的电流，为被测传感器提供激励；

零点DAC和零点温度系数DAC用于将接收到的补偿量转化成叠加模拟量，并提供给三级可编程增益放大器。

上述三级可编程增益放大器，包括依次连接第一级放大器电路、第二级放大器电路、第三级放大器电路；还包括非交叠时钟产生电路，