ARCHIVED 2005 AN1556 应用说明

在设计传感器系统电路时，使用固定值组件是可取的。这使得系统在大规模生产时更容易和更便宜。使用固定值电路的替代方案非常昂贵且通常不切实际，例如激光调节电阻、手动校准电位计或测量和选择特定的元件值，这些都是非常费时的过程。然而，每个传感器在偏置输出电压、满量程输出电压、动态输出电压范围（即满量程输出电压与零量程输出电压之差，通常称为跨度）等方面都会存在设备之间的差异。此外，这些参数也会随温度变化而变化，例如偏置温度系数（TCVoff）和满量程跨度温度系数（TCVFSS）。更复杂的是，应用于传感器的固定值电路也会有变化，例如电压或电流稳压器和电阻都具有指定的公差。

由于当今的未放大的固态传感器通常具有数十毫伏的输出电压（Motorola的基本10 kPa压力传感器MPX10，当使用5V供电时具有典型的满量程跨度为58mV），固定值电路的一个主要部分是增益级，它将信号放大到足够大的水平以用于附加处理。通常，这种附加处理是通过微控制器的A/D转换器对传感器的放大模拟信号进行数字化处理。为了获得最佳的信号分辨率，在A/D中，传感器放大的动态输出电压范围应该尽可能填满A/D窗口（即A/D高和低参考电压之间的差值），但不能超出高和低参考电压的范围（即零压力偏移电压必须大于或等于低参考电压，满量程输出电压必须小于或等于高参考电压）。无论如何，设备之间、温度和电路的变化都会产生设计困境：在固定值放大器电路中，增益以及放大器设计中所包含的任何直流电平偏移是固定的。如果上述任何传感器参数的变化过大，放大的传感器输出可能会使放大器接近其高或低电源电平饱和，或者可能超出A/D转换器的高或低参考电压。在任一情况下，误差（非线性）会导致系统错误。为了避免这种情况，解决方案是设计一个固定值电路，优化性能（信号分辨率），同时考虑可能导致传感器输出变化的所有可能类型的变化。换句话说，这种固定值传感器系统的目标是在确保通过设计而不管任何系统变化的情况下，传感器的放大输出始终位于放大器的饱和水平和A/D转换器的高低参考电压之内。