以HY14E10实现数位压力量测模组设计

1. 简介

本文利用HY14E数位感测器开发平台，在Strain Gauge压力计应用上，提供使用者内建环境温度感测值，以及Strain Gauge测量值原始码输出功能。并开放给使用者储存校正参数于EEPROM中，以及使用者可以更改该应用输出率(ODR)与ADC解析度(OSR)使用。

2. 原理说明

Strain Gauge测量原理简介

当受到压力变形时，将导致Strain Gauge的电阻产生ΔR的变化量，如下图说明。

ΔR的变化量产生在讯号两端的电压变化为：V+ - V- = ?R/R x (Vin+ - Vin-)

因此利用此电压变化的物理量经过ADC转换为数位讯号输出。因为ΔR的变化量远小于R，可知此电压变化大致为mV等级的电压讯号，当要做一个高精度的压力计时，处理的讯号将接近于1uV，一般使用在压力计的内组大约5KΩ，SPAN约35mV在2.8V驱动电压5.8 PSI满载规格下。因此如果VIN+-VIN-的电压为2.8V，输出讯号V+ - V-的电压也只有35mV;如果要以5.8 PSI(=39.99 kpa=300.5 mm.Hg)的压力计而言，需要解析到1 Pa RMS Noise等效解析电压约0.88uV RMS Noise，而需要解析到1 mm.Hg RMS Noise等效解析电压约0.12mV RMS Noise。因此以本方案ADC解析度可以调整为OSR=16384，可以达ENOB=19.1bits, Input RMS Noise=0.76uV规格，以符合0.88uV RMS Noise/Pa解析度需求。

2.1. 控制晶片

下图为HY14E晶片方块图,具有以下特性描述:

? 可用于整合式压阻压力传感器

? 内建20位元高精度∑△ADC，用于电压和温度测量，同时支援两组差动类比多工输入

? 内建一个PGA输入信号放大，可以放大讯号x2~x8

? 宽工作电压范围: 2.0V ~ 5.5V

? 内建2K words EEPROM，支援10万次烧录次数

? 内建128 bytes SRAM

? 支援16bit x 16bit硬体乘法器

? I2C从机通讯界面

? 4个通用I/O埠(PT0/PT1 支援输入中断功能)

? 支援8-bit Timer A以及16-bit Timer B and PWM

? 2 线式JTAG开发介面(与I2C共用)

? 可程式感测器驱动电压(Vrefp管脚输出)

? 仅需VDD外部电容是必需的

? 内建VDDA稳压源，当启动时，须在外接电容稳压，如果不使用时，则VDDA管脚必须连接到VDD。

3. 设计规划

3.1. 硬体说明

　　▲ 内建温度感测器之数位压力计应用线路

Note:

? 电源输入端仅需连接一颗外部电容,建议容值>=1uF.

? 压力传感器(Strain Gauge)阻抗,建议阻值>=5KΩ

? I2C通讯引脚为Open-Drain输出架构,需要外接上拉电阻.

? 预设Vrefp稳压输出为2.7V驱动, 因此VDD=VDDA电压需调整在3V以上(<=5.5V)工作.

? AI0-AI1输入通道需外接传感器应用, 而Sensor输出差动电压最大值需小于0.15V

3.2. 程式流程说明

若需要本方案详细程式设计，请洽紘康科技。

　　程式流程示意图

4. 参考文献

? HYCON HY14E10 Datasheet, DS-HY14E10_TC

? HYCON HY14E10 User Guide, UG-HY14E10_TC