德州仪器(TI)日前推出了业内最高分辨率压力传感器信号调节器PGA900，该款产品提供一个可编程内核，可在很多压力性桥式传感应用中实现灵活线性化和温度补偿，实现了对压力、应力、流量以及液体水平面等条件的快速精确的24位测量。
怎样才算一颗好的压力传感器
众所周知，传感器信号调节器的主要目的是将前端非线性信号经过处理变为线性输出，线性度的好坏直接决定了精度的高低，它涉及内部ADC量化精度、用于非线性到线性的处理器内核和输出接口(0-5V还是工业类通用的4mA-20mA)等多个因素。此外，集成性对芯片也提出了很高的要求。
PGA900不但集成了2个用于高分辨率信号采集的低噪声24位ADC，最大可达到10ppm/℃的低漂移电压基准可在-40℃至150℃工作温度范围内的实现高精度感测。还集成了一个可用来提供高线性模拟输出的14位DAC以及多种输出接口，包括模拟电压、4-20mA电流回路、串行外设接口(SPI)、I2C、通用异步收发器(UART)和单线制接口(OWI)，可为设计人员提供可以针对不同应用需求的选项。
此外，PGA900内置的ARMCortex-M0内核使开发人员能够用专有温度与非线性补偿算法设计产品，单线制接口可以在不使用其它线路的情况下，通过电源引脚实现通信、配置和校准，而集成的电源管理电路还可满足3.3V至30V之间的外部电源电压输入需求。
解读PGA900设计思路
之所以在PGA900内部集成两个24位ADC，TI半导体事业部中国区模拟业务拓展经理朱文斌解释称，一个通道用来采集桥式应变片的非线性压力信号，另外一个则是用来做温度的采集。“温度对于压力传感器其实很重要。”他说，曾经有客户做了一些成本较低的压力传感器芯片，由于没有采用温补措施，使得系统油压温度一度达到了150℃，远远超过60℃的正常温度，导致关键系统失效。
而对于选择Cortex-M0MCU，TI半导体事业部中国区业务拓展总监吴健鸿认为，这是“TI在认真倾听了客户反馈后做出的正确选择。”首先，PGA900只是把24位ADC做一个简单的运算就直接进行输出，M0这种有一点实时控制功能的内核就足够了，如果用M4就有点“大材小用”的感觉；其次，有些客户会有自己的软件IP和算法，采用M0内核，会方便他们在做非线性处理时写进自己的一阶、两阶甚至五阶代码，从而开发出来非常好的从非线性到线性校正的产品。
TI在定义怎样做好评估套件方面也颇费了一番工夫，重大改进包括支持30V电压和4mA-20mA电流、多种输入接口等。朱文斌表示，“这些改进对于工业客户而言非常重要。”由于硅应变片、陶器应变片、合金应变片基本都是通过腐蚀、高温工艺加工出来的，一致性不会特别好，某些国内传感器厂商的产品要保证做到每个电阻桥的误差不超过5%都很难。这是因为低成本应变片每个电阻桥的初始误差和温漂差异很大，好的应变片成本又很高，但如果使用前端高精度ADC加M0内核去做补偿，用户对于前端传感器的选择范围就会更宽，甚至可以是一些低成本、廉价的传感器。
压力测量是PGA900最大的应用市场，但其实只要前端传感器是桥式应变计(惠斯通电桥)，就都可以用PGA900来处理，包括加速度计、湿度传感器等。“未来几年，工业对传感器的需求会越来越高，在生产或机械手臂里会有几十或几百个传感器。传感器的数据可能需要远程传输。因此，整合MCU可以更方便地收集数据并传输到控制MCU，如C2000。所以，在这个行业，工业自动化特别看好整合的产品。”吴健鸿说。
PGA900评估模块