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AM422专业文章：工业标准电流输出的价低质优的压力变送器上海芸生微电子有限公司Januar98通讯地址:上海108－009信箱1/3邮编:201108电话/传真:[phone]网址:–Mail:[e-mail]人们除了对已封装的扩散硅压力传感器芯体的温度特性和信号输出非常了解外，还知道一些由美国的Motorola、瑞士的Keller或者日本的Fujikura生产的带有校准和前置放大电路的压力传感器产品。特别是在压力传感器芯片上集成有前置放大信号处理的压力传感器产品的不断出现，而它的价格也使得人们对它在大批量生产方面越来越感兴趣。这种压力传感器的信号输出大多数是0.5–4.5V之间。这样的信号电路只需很少的外围电路就可以直接与A/D模数转换电路或者微处理器相连，因此它适合于需要直接进行数字信号处理的系统。如果将此类传感器应用在工业上比如（0/4–20mA）标准电流输出，那就需要较多改造，化费就大了。价格合理的方案要将上述的压力传感器改变成工业上应用的信号输出，根据所需要的条件（空间大小，费用，测量精度），会有很多不同的方法。采用分立元件和运算放大器的方法大家已经很熟悉了。下面介绍的一个方案具有集成化电路的优点，就是人们如何通过简单和低价的方法达到一个工业标准电流输出的产品要求。作为例子这里采用了日本Fujikura公司带有前置放大电路的压力传感器XFPM系列产品和德国AMG公司（analogmicroelectronicsGmbH）生产的电压电流转换变送集成电路AM422，组合成为一个简单可调的传感器变送电路系统。集成电路AM422的优点电压电流转换变送集成电路AM422（图1）是众多应用于传感器信号处理电路中的一个。AM422有应用于2线制输出和3线制输出的二个版本，它们都是由3个功能模块组成（管脚一致）：1.在输入端可以通过二个运算放大器来调整输入信号范围和零点偏置输出电流。2.在输出端一个V/I转换电路将输入电压信号转换成在0－20mA之间任意可调的电流输出。输出级由一个外接三极管控制，使电路的耗散功率集中到三极管上，大大地降低了集成电路中的耗散功率。输出电路范围可通过外接的二个电阻分压器调整。3.为了不让传感器由另外的辅助电源通过工作电源，AM422电路内部集成了一个高精度参考电压源。该参考电压源可以通过管脚接发不同输出5V或者10V。也可以通过外接电阻分压器得到4.5V至10V的电压源输出。当然AM422还集成了自如此类极性保护和输出电流限制等功能。VINOUTRSSETVCC21347GNDAM422InputAmplifier5G=1VREF2VIVREFVSET68ReferenceVoltage图1：电压电流转换变送集成电路AM422KostengünstigeDrucksensorenmitStromausgang上海芸生微电子有限公司Januar982/3XFPM系列压力传感器此处采用的压力传感器是日本Fujikura公司生产的XFPM系列产品。它带有扩散硅压力芯体，信号处理和前置放大电路。传感器在温度范围0－85°C内经过补偿，工作电压为5V。信号输出范围为0.2到4.7V，对应的压力范围为0－1bar（表压－XFPM－100KPG）。应用介绍图2是一个输出电流为4－20mA的三线制电流输出电路。传感器的5V工作电源由AM422提供。因为传感器的电源范围和集成电路提供的电压相互满足要求，不需要对参考电压源作调整。其它的外接元器件如下所述：•传感器需要：R=3.9kΩCF1=680pF•集成电路需要：R0=25Ω，R5=40Ω，C1=2,2µF•外接三极管T1：βF≥50，VCE≤35V•外接二极管D1：VBR≥35V余下的外接电阻根据给出的应用要求（信号输入范围和电流输出范围）进行计算得出。集成电路AM422的电流输出传递公式通常为：IOUT(VSET,VIN)=ISET(VSET)+IIN(VIN)(1)根据图2调整偏置电流的公式为（VIN=0）：()IVRRRRRRROUTREFSETSET=⋅+−++043342(2)取R3=R4，那么电阻RSET可以简单计算得出（忽略分母中的小量2R0ISET）：RRRIVSETSETREF=404(3)输出电流的满度值由电阻R1，R2决定：IIVRRRROUTSETINmaxmax−=⋅+20212(4)二个电阻的关系式子如下：()RRVRIIINOUTSET12021=−−maxmax(5)C1R4R3VREFR0VSIOUTRLGround347G=1Amplifier21VREF28VSETVOFFSETR1R2RSET5VI65/10VReferenceAM4221R5D1T13126FujikuraXFPMRVINCF1图2：外围元器件极少的电路实际应用KostengünstigeDrucksensorenmitStromausgang上海芸生微电子有限公司Januar983/3具体应用的数值通过上述计算公式(1)–(5)可以得出余下的外接元器件的取值。这些元器件的取值公式的详细推导在本文中没有涉及，读者可以通过AMG公司网址直接阅读AM422的产品说明书。计算得出其它外接电阻的数值：•R3=R4=33kΩ•R1/R2≈4,625•RSET≈2,178kΩ通过调整电位器RSET和R1还可以简单和化费不多地校准系统绝对误差（放大电路的零点偏差和传感器的零点偏差）。精度：建议采用的传感器系统除了价格低之外，它的系统精度也是决定性的。如果从传感器的电气数据和集成电路的电气数据来看，可能会得出一个传感器测量系统的总精度为±3%（温度范围为0－80°C）。实际上人们可以达到更好的精度。图3是一组零点温度漂移（TCO）和满度温度漂移（TCS）的实验曲线。从图中可以看出，该传感器系统的总精度在±1%左右（温度范围为0－80°C）。本文所描述的压力传感器系统的优点完全在于绝对误差可以简单地再调整。如果正确选择合适的与温度有关的电阻R0或者一个外接的电阻补偿网络，那么传感器系统的温度特性和总精度还可以进一步提高。结论有许多方法来测量压力并通过电流的大小来传递信号。在本文中提出了一种应用方法，就是利用一个专用的电路（AM422）和带前置放大电路的压力传感器组成的系统进行简单的补偿。此外由于集成电路AM422很小（贴片SO08封装或者裸芯片），特别适合于微型化的产品。价格合理的带前置放大电路的压力传感器和利用专用集成电路并通过二个外接电阻分压器简单地对系统进行校准（只对绝对误差校准），使得整个系统的精度在很多应用中得到满足。这里推荐的是作为一种化费较低的应用方法，与其它一些需要做花费较大的温度补偿工作的压力传感变送系统是不同的。020406080-1,5-1,0-0,50,00,51,01,5OffsetFullSpanTemperaturfehler[%FS]T[°C]图3：整个传感器和变送电路系统的温度特性曲线