汽车电子的压力传感器电路设计

汽车传感器是汽车电子化、智能化的基础和关键， 而其中使用较多、发展最快的是压力传感器。汽车压力传感器应用在汽车的很多系统中，如电子检测系统、保安防撞系统等。其中应用在轮胎气压方面的目的在于最大限度地减少或消除高压爆胎和低压辗胎造成的轮胎早期的损坏， 使轮胎经常保持标准气压， 延长轮胎的寿命，降低轮胎的消耗，提高经济效益。有报道说，将微型压力传感器埋置于汽车轮胎中，测量其中气压， 以控制对轮胎的充气量，避免过量和不够，由此可节省百分之十的汽油。

简单的信号调节电路应该允许放大器的输出与所使用的传感器相互独立，提供互换性和高电平输出并且成本低廉。传感器补偿板上的激光调整电阻调节外部放大器的增益使之与压力灵敏度变化归一化。

图1所示信号调节电路提供了用作传感器激励的精密恒流源和由传感器中反馈电阻 R 控制增益的仪用放大器。

电流源是由±1%带隙的基准二级管 VR 控制，基准电流 I0 由下式定义： I0=(E0-e0)/R2

其中：E0-二级管基准电压：1.235V±1%(LM385)eo---放大器 A1 的偏移;R2---反馈电阻值

选用失调电压小于 1mV 的放大器 A1 和公差为±1%的电阻 R2，则可产生电流 I0=0.996MA，其典型精度为±1.4%。 增益调节电阻 r 调节为 R3=R4=100K 一个 2V 的差压输出。

如果要求零位调节，使用 OP227 代替 LT1013放大器并加上零位电位器 P1。零位电压相对于差动偏听偏差小于 0.5mV 的输入为±4mV，，这对传感器偏移的典型值(小于±1mV)而言就约有±3.5mV 的零位需要补偿。

放大器提供另外的放大R8/R5，并将第一级的不同漂移电压转换为一个单端输出电压，整个的输出电压的等式为：Vout=2×A×R8/R5=5.000V@A=I 。A是实际激励电流I0和指定电流的比例。

输出幅度的总精度受反馈电阻 R3至R8的精度的影响，±0.1%精度的电阻如 Mepco/Electra5063Z，典型的增益误差约为±0.24%。如果使用匹配较好的薄膜电阻，如 Bechman694-3-A，精度误差可进一步减小，在不加任何调试和压强测试的情况下，整个信号调节电路在某个参考温度下的幅度综合误差的典型值为 1.1%，这个误差将叠加在传感器的精度±1%之上。

如果没有压力源，可用下面的步骤来减小放大器的增益误差，采用以下方法则电阻 R2 至 R8 可不用精密电阻，同样能达到 1%的传感器幅度误差。

校准步骤：

1)用精度为 0.1%的 7.50K 电阻代替电阻 r

2)检查放大器的增益 K 并计算增益比 X (与理想增益 K0=69.028V/V 相比)，其中 X=K/K0

3)通过调节电位器设置电流 I0=0.996/X(A)。

假设电桥电阻的最大值为 6.4KΩ(50℃)时，电桥电阻为 0.996mA，二级管参考电压是 1.2V，这样放大器 A1 的最大输出电压是 7.4V，而且对于LTC1051 放大器，在 1A 输出电流时正向饱和压降为0.5V，因而与所用电流源和放大器 LTC1051 有关的最小激励电压是 7.9V(7.4V+0.5V)。对于 LT1490，最大激励电压应是 7.6V。最大激励电压受控于指定放大器的电压调整特性。

轮胎气压测量及电路设计

下面以测量轮胎气压为例详细阐述气压传感器在汽车轮胎方面的应用。此种设计可做成一种便携式的装置，测量时将气压传感器的表置于轮胎气门嘴上，这时胎压作用于传感器的膜片上， 通过压阻效应和系列变换输出微弱的电压信号，将电压信号进行相应处理显示电压值。由此可知不同的气压对应着不同的电压值，即气压值和电压值是一一对应的，从而间接测量了气压值。胎压测量电路方框图如图2所示。

图2：胎压测量电路方框图

电压信号放大电路

我们选用的高精度低噪声仪用放大器AD620，可以用在传感器输出信号小的放大器中，如光电池传感器、应变片传感器以及压力传感器等。由于它具有低噪声、增益精度高、增益温度系数小和高线性度等优良性能。用于此系统中是非常理想的。AD620是一种只用一个外部电阻就能设置放大倍数为1-1000的仪表放大器，具有良好的直流性能和交流性能，AD620的体积小、功耗低成为应用在压力传感器中的重要因素，传感器信号放大电路如图3所示。

图3： 传感器信号放大电路

编辑点评：本文简单介绍了压力传感器应用于汽车电子上的设计，汽车压力传感器在轮胎方面的应用正在不断地改进，其中有很多种方式，如采用无线电发射和接受方式来测量气压的高低。