本發(fā)明屬于傳感器技術領域，涉及一種硅壓阻傳感器，具體是一種硅壓阻傳感器的硬件信號處理方法。

背景技術：

硅壓阻傳感器是以半導體硅材料的壓阻效應制成的壓力傳感器，具有體積小、動態(tài)性能優(yōu)良、廉價等優(yōu)點而得到廣泛的應用，但是硅壓阻傳感器的電阻系數(shù)和壓阻系數(shù)具有較大的溫度系數(shù)，從而導致傳感器的靈敏度和零點因溫度的變化而產(chǎn)生的漂移較大；同時半導體材質的傳感器電路的抗電磁干擾的能力較低；如何通過對硅壓阻傳感器進行有效硬件信號處理，以提高硅壓阻傳感器系統(tǒng)的測量精度，降低產(chǎn)品制造成本，擴展其使用范圍，有著極大的經(jīng)濟價值。

目前的硅壓阻傳感器的信號處理硬件組成原理是由硅壓阻傳感器、激勵源、放大器、數(shù)模轉換器、基準電壓、模擬電路電源和數(shù)字電路電源組成，其結構和各部分的關系如圖1所示；激勵源給硅壓阻傳感器的內部的壓敏硅電阻惠斯登電橋施加恒定的電流激勵；硅壓阻傳感器是由高質量的硅壓阻原件構成的惠斯登電橋原件和精密的力學結構實現(xiàn)力與電的一體化轉換，當力學結構受力時惠斯登電橋的四個橋臂的硅壓阻的電阻就會因所受應力而變，此時惠斯登電橋的輸入端收到激勵源的恒定的電流驅動后，惠斯登電橋的輸出端就會產(chǎn)生與所受應力相關的電壓值輸出信號；放大器將硅壓阻傳感器輸出的毫伏級的電壓信號進行一定比率的放大，以達到模數(shù)轉換器對輸入電壓幅度的要求；數(shù)模轉換器將經(jīng)過放大器放大后的硅壓阻傳感器的電壓信號進行數(shù)字化轉換；基準電壓是用于模數(shù)轉換器進行的模擬量到數(shù)字量轉換時所需的參考電壓值；模擬電路電源用于給硅壓阻傳感器的硬件信號處理組成部分的模擬信號處理電路提供電能量；數(shù)字電路電源用于給硅壓阻傳感器的硬件信號處理組成部分的模數(shù)轉換起的數(shù)字電路部分提供電能量。其工作原理是：硅壓阻傳感器在受外界壓力的作用下，其內部惠斯登電橋的橋臂電阻發(fā)生了相應改變，其激勵的輸入端在激勵器的恒定電流的驅動下，使其輸出端輸出了與所受外界力相對應的毫伏級的模擬電壓信號，該信號經(jīng)放大器放大到模數(shù)轉換所需的電壓幅值后，進入模數(shù)轉換器，按照傳感器滿量程電壓為基準電壓值幅度，進行模擬信號到數(shù)字信號的轉換。

目前的硅壓阻傳感器的硬件信號處理方法如圖2所示，電路部件之間相對獨立，激勵源由恒流源組成，輸出電流直接驅動硅壓阻傳感器，硅壓阻傳感器輸出電壓，放大器和模數(shù)轉換器的模擬電路由共同的模擬電路電源提供，模數(shù)轉換器對輸入的模擬信號進行量化的參考電壓由獨立的基準電壓提供；這樣在硅壓阻傳感器的硬件信號處理電路中，除了硅壓阻傳感器本身以及放大器和模數(shù)轉換器的性能要求高外，激勵源、模擬電路電源以及基準電壓的性能也是影響測量精度的硬件信號處理電路的關鍵因素。

所以目前的硅壓阻傳感器硬件信號處理方法中存在影響系統(tǒng)測量精度的三個關系獨立的基準源，即激勵源、基準電壓、模擬電路電源；這樣會產(chǎn)生：①傳感器的激勵源同模數(shù)轉換器基準電壓之間的度量誤差；②傳感器的零點共模輸出與放大器及模數(shù)轉換器的零輸入共模電平的不一致，致使信號傳遞過程中線性誤差增大；③由于硅壓阻傳感器的電阻的溫度變化率比較大，采用恒流驅動傳感器電橋可以減小溫度對傳感器輸出電壓的差分信號的影響，但會造成隨溫度變化傳感器零點共模電壓輸出的漂移，致使對傳感器輸出信號進行放大的放大器的線性工作點產(chǎn)生影響；④在受到電磁干擾后，三個基準源會產(chǎn)生三個不同頻率和相位變化的干擾信號，增加了電路設計的難度。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決目前硅壓阻傳感器硬件信號處理方法中存在的上述問題，本發(fā)明提出一種硅壓阻傳感器的硬件信號處理方法。

本發(fā)明的技術方案是：一種硅壓阻傳感器的硬件信號處理方法，是基于硅壓阻傳感器的硬件電路拓撲原理，在影響電路性能的部件上引入電流控制電壓源和電壓控制電壓源，整個電路只有一個激勵源，激勵源采用恒流源，以恒流源為基準源通過電流控制電壓源的方式產(chǎn)生模數(shù)轉換器所需的基準電壓，以恒流源激勵硅壓阻傳感器產(chǎn)生的傳感器輸入電壓為基準通過電壓控制電壓源產(chǎn)生放大器和模數(shù)轉換器所需的模擬電路電源。

本發(fā)明的有益效果是：

①整個硅壓阻傳感器的硬件信號處理方法中，只采用一個恒流源作為基準源，并將基準源作為根基準源，實現(xiàn)了模數(shù)轉換器的基準電壓、模擬電路電源同根基準源和傳感器內阻的溫度和電氣特性的同步隨動，降低了對激勵源的使用精度的要求。

②模數(shù)轉換器的基準電壓是通過電流控制電壓源而得到，能夠消除或減小了傳感器的激勵源同模數(shù)轉換器基準電壓之間的度量誤差，提高了系統(tǒng)的測量精度。

③模擬電路電源avcc是通過電壓控制電壓源而得到，保證了放大器對傳感器輸出信號的線性度的高度一致，消弱傳感器輸出信號隨溫度的零點飄移造成的系統(tǒng)精度的損失，提高了系統(tǒng)的測量性能。

④可以通過模數(shù)轉換器對模擬電路電源電壓進行采集量化后，由軟件進行適當處理可得到溫度信息，方便了后續(xù)對硅壓阻傳感器的測量性能進行溫度的軟件補償。

附圖說明

圖1是目前的硅壓阻傳感器的信號處理硬件信號處理的電路組成框圖。

圖2是目前的硅壓阻傳感器的信號處理硬件信號處理方法的原理電路拓撲圖。

圖3是本發(fā)明中硅壓阻傳感器的信號處理硬件信號處理方法的原理電路拓撲圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步闡述說明，

一種硅壓阻傳感器的硬件信號處理方法，基于硅壓阻傳感器的硬件電路，在影響電路性能的部件上（在電路上傳感器的激勵源與模數(shù)轉換器的獨立的基準電壓不相關聯(lián)和傳感器在激勵源作用下產(chǎn)生的輸入端的電壓與放大器及模數(shù)轉換器模擬電路供電的獨立的穩(wěn)壓電源不相關聯(lián)）引入電流控制電壓源和電壓控制電壓源，其信號處理方法的原理電路拓撲如圖3所示，整個電路只有一個激勵源，激勵源采用恒流源wl，并將恒流源wl作為根基源準通過電流控制電壓源的方式產(chǎn)生模數(shù)轉換器所需的基準電壓vref+，以恒流源wl激勵硅壓阻傳感器ｓ１產(chǎn)生的傳感器輸入電壓為基準通過電壓控制電壓源產(chǎn)生放大器和模數(shù)轉換器所需的模擬電路電源avcc。

整個硅壓阻傳感器的硬件信號處理方法中，只采用一個恒流源wl，并將wl作為根基準源，實現(xiàn)了模數(shù)轉換器的基準電壓、模擬電路電源同根基準源和傳感器內阻的溫度和電氣特性的同步隨動，降低了對基準源的使用精度的要求。

模數(shù)轉換器的基準電壓vref+是通過根基準wl控制wy1(電流控制電壓源)而得到。模數(shù)轉換器相當于采用了傳感器激勵電流is為模數(shù)轉換的基準，即相當于統(tǒng)一了系統(tǒng)的量具，因此能夠消除或減小了傳感器的激勵源同模數(shù)轉換器基準電壓之間的度量誤差。當基準源wl因溫度或干擾產(chǎn)生輸出電流改變后δis，會導致硅壓阻傳感器輸出信號同步改變δvo，但由于模數(shù)轉換器的基準電壓vref+同步受控于基準源wl的電流δis，這樣得到電氣特性同步變化，從而達到消除或減小了傳感器的激勵源同模數(shù)轉換器基準電壓之間的度量誤差，提高了系統(tǒng)的測量精度。

模擬電路電源avcc是通過根基準wl的電流激勵硅壓阻傳感器s1的惠斯登電橋，產(chǎn)生的電橋輸入電壓e+為基準控制wy2(電壓控制電壓源)而得到?？梢栽谳^寬的溫度范圍內保證傳感器的零點輸出共模電壓與放大器的輸入零點共模電壓始終保持一致，從而保證了放大器對傳感器輸出信號的線性度的高度一致，削弱傳感器輸出信號隨溫度的零點飄移造成的系統(tǒng)精度的損失，提高了系統(tǒng)的測量性能。

由于硅壓阻傳感器的內阻的溫度系數(shù)比較大，在根基準源wl的恒流is的激勵下，隨溫度產(chǎn)生的輸入電壓的變化具有體現(xiàn)硅壓阻傳感器實際工作溫度的電壓信息，而該輸入電壓通過控制wy2(電壓控制電壓源)得到的模數(shù)轉換器的模擬電路電源電壓avcc也攜帶硅壓阻傳感器的工作溫度信息。這樣我們可以通過模數(shù)轉換器對模擬電路電源電壓進行采集量化后，由軟件進行適當處理即可得到溫度信息，方便了后續(xù)對硅壓阻傳感器的測量性能進行溫度的軟件補償。

本發(fā)明有效的降低了硅壓阻傳感器硬件信號處理的設計難度，降低了產(chǎn)品制造成本，提高了硅壓阻傳感器系統(tǒng)的測量精度。