단결정 실리콘 차압 센서에 24비트 아날로그-디지털 컨버터 SSP1220 적용

차압 센서 소개

차압 센서는 엔지니어링, 산업 및 과학 분야에서 두 압력의 차이를 측정하는 데 널리 사용되는 센서의 일종입니다.

(압력 센서)

작동 원리는 압력과 압력의 관계를 기반으로 합니다.

차압 센서는 일반적으로 측정 매체에 연결된 두 개의 입력 채널로 구성되어 측정 매체의 서로 다른 두 위치에서 압력을 측정합니다. 두 채널은 분리하거나 멤브레인 또는 파이프로 연결할 수 있습니다.

측정된 매체의 압력이 다르면 두 채널의 압력도 달라집니다. 차압 센서는 두 채널의 압력 차이를 측정하고 이를 해당 전기 출력으로 변환합니다.

일반적으로 사용되는 차압 센서는 압전 효과를 기반으로 하는 압전 센서와 저항 효과를 기반으로 하는 저항 센서입니다.

압전 차압 센서는 측정 매체에 압력이 가해지면 전하를 생성하는 압전 재료의 특성을 활용합니다. 증폭 및 변환 후 이 전하 신호는 차압 센서의 출력 신호로 사용할 수 있습니다.

저항성 차압 센서는 저항의 변화를 이용해 차압을 측정합니다. 일반적인 저항성 차압 센서 중 하나는 금속 필름 구조를 기반으로 합니다. 측정 매체에 압력이 가해지면 금속 필름이 변형되어 저항값이 변경됩니다.

저항 값의 변화를 측정하여 차압 센서의 출력 신호를 얻을 수 있습니다. 차압 센서는 일반적으로 고정밀, 빠른 응답 및 넓은 측정 범위를 가지고 있습니다. 기상 압력 측정, 액체 레벨 측정, 풍속 측정 등과 같은 기체, 액체 및 고체 압력 차 측정에 널리 사용될 수 있습니다.

저온 산업에서 차압 센서는 오른쪽 그림과 같이 저장 탱크의 액체 레벨 감지로 사용할 수 있으며, 압력 공식에 따라 덕트를 탱크 바닥의 센서 액체 상으로 연결한 다음 튜브를 상단의 기체 상으로 연결할 수 있습니다:

p=ρghΔp = Pa-Pb = Δhρg,

이러한 방식으로 H 높이는 밀도에서 계산하거나 해당 물의 밀리미터 기둥으로 변환할 수 있습니다.

X 제조업체의 제품을 예로 들어 내부에 사용되는 회로는 저항 브리지 회로이며 출력 전압 범위는 60-160mv, 해당 범위는 0-20Kpa이며 각 PASCAL은 5μV에 해당합니다.

배선 다이어그램은 다음과 같습니다:

(배선도)

여기서는 24비트 ADC SSP1220을 사용하여 전압 데이터를 수집한 다음 해당 액체 레벨로 변환합니다.

SSP1220 소개

SSP1220은 시프로인 마이크로일렉트로닉스에서 개발 및 설계한 정밀 24비트 아날로그-디지털 컨버터입니다. 다음과 같은 특징이 있습니다:

• 2개의 차동 입력 또는 4개의 싱글 엔드 입력,
• 저잡음 프로그래머블 이득 증폭기(PGA)입니다,
• 두 개의 프로그래밍 가능한 여기 전류 소스,
• 전압 레퍼런스, 오실레이터,
• 로우사이드 스위치와 정밀 온도 센서.

SSP1220은 최대 2k SPS의 샘플링 데이터 속도로 변환을 수행할 수 있으며 단일 사이클 내에서 안정적입니다. 시끄러운 환경의 산업용 애플리케이션을 위해 디지털 필터는 20SPS의 샘플링 주파수에서 50Hz 및 60Hz 제거 기능을 모두 제공합니다.

내부 PGA는 최대 128V/V 이득을 제공합니다. 따라서 SSP1220은 저항 온도 감지기(RTDS), 열전대, 서미스터 및 저항 브리지 센서와 같은 소형 센서 신호 측정 애플리케이션에 이상적입니다. SSP1220은 PGA 사용 시 의사 차동 또는 완전 차동 신호의 측정을 지원하며 내부 PGA를 비활성화하도록 구성할 수 있어 120µA의 낮은 전력 소비로 PGA를 비활성화한 듀티 사이클 모드에서 작동할 수도 있습니다.

SSP1220 얇은 소형 폼 팩터(TSSOP)-16 패키지는 -40°C ~ +125°C의 작동 온도 범위에서 사용할 수 있습니다.

(SSP1220 핀 다이어그램)

SSP1220은 SPI를 통해 컨트롤러와 통신합니다. 컨트롤러는 활성 모드에서 작동하고 칩은 슬레이브 모드에서 작동합니다. SSP1220은 모드 1, 즉 CPOL이 0으로 설정되고 CPHA가 1로 설정된 상태에서만 작동합니다. (다른 모드는 지원되지 않습니다)

SPI 모드 1에서는 유휴 상태에서 SCLK가 낮은 상태로 유지되며 데이터는 SCLK 상승 에지에서만 전송되거나 변경됩니다. 마스터 디바이스와 슬레이브 디바이스는 SCLK 하강 에지에서 데이터를 래치하거나 읽습니다. SPI 타이밍 요구 사항은 다음과 같습니다:

(직렬 인터페이스 타이밍 요구 사항)

참조 회로 설계

1. 전원 공급 시스템, 입력 전압 3.6-5.5V, 여기서는 LDO를 3V로 직접 스텝 다운하고 기준 전압은 외부 2.5V를 사용합니다.

(전원 공급 시스템 다이어그램)

2.SSP1220 샘플링 회로

(SSP1220 샘플링 다이어그램)

(배선도)

• V+는 상단 브리지 암 B+에 연결됩니다;
• V-에서 하부 브리지 암 B-;
• S+는 차동 입력 하이엔드에 연결됩니다;
• S-는 차동 입력의 하단에 연결됩니다;

3.MCU와 485 회로를 통해 데이터를 485 출력으로 변환합니다.

(485 회로도)

4.실제 테스트 데이터

실제 테스트 완료

최상의 정확도를 달성하기 위해 최소 20SPS 샘플링 속도를 사용하며 100μV 위치에서 약 10μV의 변동을 볼 수 있으며 실제로 이미 정확도 요구 사항을 충족 할 수 있습니다.