领慧立芯新品:LH32M0G3XX(完整单芯片高性能采集系统)

LH32M0G3的 ADC 性能上限(含竞品对比)

前几天就拿到 LHA 的板子了,AE 也给了固件库,研究了一下感觉出不少信号链的文章,今天先看一个 ADC 外设里面的部分:

先看板子,不知道是不是第一个媒体拿到的人~

共模前几天的板子也在这里了,一起亮相吧~

这个是外设单元
先看同步,俩个 ADC 可以软硬同步

我居然看见了有电流源?还真是,这个可太好了!

居然还有两个,直接就是给 ADC 配对了
这个是可以自由设计从 IO 引脚输出
函数
最常见的桥传感器,就是要恒流源驱动的
100uA
这个就是使用的时候要接的

一般是用一个有 4 个 OP 的集成运放,一个做恒流源,一个做3op 的仪表放大器。

就是这样的

恒流源部分:利用分压电阻和运放构建,典型参数 R1=40 kΩ, R2=10 kΩ, R3=10 kΩ → Icc ≈ 100 μA。

信号放大部分

使用仪表放大器结构,增益可调。

输出电压

Vout = Gain × Vs(Vs 为传感器桥路电压)。

例:在 0–7 kPa 范围内,放大后输出约 0.7–1.1 V,线性度误差仅 0.3 %FS。

输出特性

原始输出:0–37 kPa 对应约 0–31 mV 差分电压。

放大后输出:采用推荐电路(恒流 100 μA, Gain=21, Ref=1 V)时,输出范围可覆盖 0–7 kPa,误差 <0.3 %FS。

温漂表现:跨度随温度 0–50 ℃ 变化约 ±1 %FS;零点随温度变化约 ±3 %FS。

结构

传感元件:基于 压阻效应 (piezoresistive) 的硅薄膜芯片。

内部结构

硅片上形成一个薄膜(膜片),上下压差会使其发生形变;膜片上布置四个压阻,应力引起阻值变化;这四个电阻构成惠斯登电桥,输出差分电压随压力变化。

测量原理

当膜片上下压力相等 → 电桥平衡,输出仅有制造误差导致的偏置电压(Voffset)。

当膜片受压 → 对角线电阻阻值同时增加/减小 → 电桥输出电压产生差值(Span Voltage)。

电路要求:需由 恒流源 (100 μA) 激励电桥,然后通过运放放大得到可用电压 。

参数指标(典型值 @ 23℃, 100 μA)

项目
数值
压力类型
表压 (Gauge)
量程
0 – 37 kPa
耐压
53 kPa
驱动电流
100 μA DC(最大 130 μA)
桥路电阻
20 kΩ(18–22 kΩ)
偏置电压
-2.5 mV(范围 -6.5 ~ +1.5 mV)
满量程电压 (Span)
31 mV(范围 27.9–34.1 mV)
非线性
±0.8 %FS
压力迟滞
±0.5 %FS
温度影响 (Span)
约 ±1 %FS(0–50 ℃)
温度影响 (Offset)
±3 %FS
工作温度
0 – 50 ℃
存储温度
-30 – 85 ℃
尺寸
6.1 × 4.7 × 8.2 mm
重量
0.17 g

连接方法

引脚定义:

Pin1: Vout(+)

从LH32M0G3外设到桥式传感器驱动恒流源

Pin2: NC(悬空,不连接)

Pin3: GND

Pin4: Vout(-)

Pin5: N-sub(与 Pin6 短接使用)

Pin6: Icc(恒流输入端)

注意:

需要在 Pin6–Pin3 之间提供恒流 100 μA;压力信号输出在 Pin1–Pin4 差分端。

推理在这里

压阻式压力传感器的惠斯登电桥等效电路与推导公式

电桥结构

传感器的核心是四个压阻 ,组成一个惠斯登电桥;电桥上端由 恒流源 Icc 驱动,下端接地;左、右中点之间取差分输出电压 

当膜片受压力时,四个压阻按对角线成对发生变化:

两个电阻增加 → 

另两个电阻减小 → 

方程解释

Eq.1.1

这是最一般的电桥输出公式。

含义:在恒流源驱动下,电桥的输出由“对角乘积差”决定。

如果四个电阻完全相等 → 分子为 0 → 输出为 0(理想平衡);实际上因工艺误差,输出存在一个小的偏置电压(Voffset)。

Eq.1.2

假设四个电阻标称值都为 ,并且压力作用导致对角线的两个增加 ,另两个减小 ;化简后分子是 ,分母是 ,得到:

这说明:桥路输出正比于单臂电阻的变化量 ΔR 与激励电流 I;因为输出与标称电阻  本身无关,所以温度对所有电阻的同向漂移影响小,具有较好稳定性。

Eq.1.3

这是实际情况:输出不仅有理想的“信号项” ,还包含工艺不对称造成的零点偏移 ;数据手册中给出 Offset Voltage 的典型范围,例如 -2.5 mV ± 4 mV,就是这个 

工作原理:压力使硅膜片变形 → 应力改变压阻值 → 电桥失衡 → 输出差分电压。

输出关系

理想:

实际:

需要 恒流源激励(保证输出与 ΔR 成正比,减小温漂);输出电压与电阻名义值无关,温度稳定性好;偏置  是不可避免的,后端电路需校准或滤除。