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綜述
在當今科技驅(qū)動的時代，壓力測量在眾多領(lǐng)域中扮演著舉足輕重的角色。壓力變送器作為將壓力信號轉(zhuǎn)換為標準電信號的關(guān)鍵設(shè)備，其技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用效能直接關(guān)系到各行業(yè)的生產(chǎn)安全、效率提升與創(chuàng)新突破。本文將深入闡述芯佰微電子為應(yīng)對壓力變送器的現(xiàn)狀與痛點所推出的芯片解決方案。
一、現(xiàn)狀與痛點分析
壓力變送器作為工業(yè)自動化系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、汽車、航空航天等領(lǐng)域,用于精確監(jiān)測液體、氣體及蒸汽等介質(zhì)的壓力。隨著工業(yè)自動化的普及及對數(shù)據(jù)精度的要求不斷提高，壓力變送器的技術(shù)也在不斷進步?，F(xiàn)代壓力變送器不僅需要具備高精度和穩(wěn)定性，還需要滿足惡劣環(huán)境下的長期可靠運行，尤其在高溫、高濕、強電磁干擾等復(fù)雜工作條件下，如何確保傳感精度和設(shè)備穩(wěn)定性成為設(shè)計的關(guān)鍵。
精度和分辨率問題：在要求極高精度的應(yīng)用中（如化工、航空航天等行業(yè)），仍然存在精度不足的情況。特別是在高噪聲環(huán)境或快速變化的壓力條件下，壓力變送器的測量誤差可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。
環(huán)境適應(yīng)性不足：在存在較強電磁干擾（EMI）、振動或溫度波動較大的工業(yè)環(huán)境中，壓力變送器可能會受到外部因素的影響，導(dǎo)致信號漂移或測量不準確。
動態(tài)響應(yīng)遲滯：在自動化生產(chǎn)線或高速流體管道的壓力控制系統(tǒng)中，壓力變送器的響應(yīng)速度顯得尤為重要。然而，現(xiàn)有的一些產(chǎn)品在處理快速變化的壓力信號時，存在響應(yīng)延遲的問題，影響了系統(tǒng)的實時控制能力。
長效穩(wěn)定性：在一些極端的工作環(huán)境下（如高溫、低溫或溫差較大的環(huán)境），壓力變送器的精度會因溫度變化而發(fā)生漂移，導(dǎo)致測量不準確。此外，長期運行可能導(dǎo)致設(shè)備老化或性能衰減，這要求壓力變送器具有更好的長期穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性。
二、芯佰微壓力變送器芯片解決方案
芯佰微針對行業(yè)現(xiàn)狀，推出 CBM76AD06G（ADC）、CBM53D24 和 CBM128S085（DAC）、CBM27 和 CBM8656（OPA）等高性能芯片產(chǎn)品，協(xié)同實現(xiàn)壓力信號精準處理與轉(zhuǎn)換。
壓力變送器應(yīng)用框圖
1、高精度ADC：CBM76AD06G
ADC用于將傳感器輸出的微弱模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以便后續(xù)的數(shù)字處理系統(tǒng)進行處理和分析。通過使用高精度的ADC芯片，可以確保從壓力傳感器采集到的信號被準確、可靠地轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，從而獲得精確的壓力讀數(shù)。
- 多通道輸入：CBM76AD06G支持8個通道的模擬信號輸入，這使得它能夠同時處理多個信號源，適用于復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
- 高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換：提供16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換，這意味著它能夠精確地將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，非常適合需要高精度數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景。
- 同步采樣能力：CBM76AD06G具備同步采樣的能力，這保證了在高速數(shù)據(jù)采集過程中各個通道之間的數(shù)據(jù)一致性和準確性。
- 內(nèi)置保護功能：集成了模擬輸入鉗位保護，可以在過壓情況下保護內(nèi)部電路免受損害，提高系統(tǒng)的可靠性。
- 抗混疊濾波器：內(nèi)置二階抗混疊濾波器，有助于減少高頻噪聲的影響，保證信號質(zhì)量。
2、DAC:CBM53D24、CBM128S085
DAC通常用于將經(jīng)過處理的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換回模擬信號，以便于與模擬控制系統(tǒng)或顯示設(shè)備進行接口。例如，在需要將壓力值顯示在模擬儀表上時，DAC可以將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流或電壓信號，驅(qū)動模擬儀表顯示壓力值。
CBM53D24:
- 低功耗：CBM53D24在3V供電下的低功耗使其非常適合電池供電或低功耗應(yīng)用。
- 高分辨率：12位的分辨率提供了精確的模擬輸出，適用于需要高精度的應(yīng)用。
- 多通道輸出：4路緩沖電壓輸出使其能夠同時控制多個模擬信號，增加了應(yīng)用的靈活性。
- 寬電壓范圍：5V至5.5V的供電電壓范圍使其能夠適應(yīng)不同的電源條件。
- 兼容性：3線串行接口兼容多種通信協(xié)議，如SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP，方便與各種微控制器和處理器連接。
CBM128S085:
- 多通道輸出：CBM128S085提供8個電壓模擬輸出通道，可以滿足多種應(yīng)用場景下對多路模擬信號的需求。
- 高精度和低噪聲：CBM128S085在精度和噪聲控制方面表現(xiàn)出色，這對于需要高精度模擬輸出的應(yīng)用至關(guān)重要。
- 外部參考電壓輸入：該DAC支持外部參考電壓輸入，用戶可以根據(jù)具體需求調(diào)整參考電壓，以獲得所需的模擬輸出范圍和精度。
- 靈活的接口配置：CBM128S085支持SPI接口進行數(shù)據(jù)傳輸，這使得它與微控制器等數(shù)字設(shè)備的連接變得簡單且高效。
- 廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：由于其多通道、高精度和低噪聲的特性，CBM128S085適用于音頻處理、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制等多個領(lǐng)域。
3、精密放大器OPA:CBM27、CBM8656
放大微弱信號：DAC 輸出的壓力模擬信號幅值有時偏小，OPA 能進一步放大該信號，提升至合適電平，以驅(qū)動顯示設(shè)備或?qū)崿F(xiàn)遠距離傳輸。
改善信號質(zhì)量：OPA 可對 DAC 輸出信號濾波，去除其轉(zhuǎn)換過程中引入的噪聲干擾，使信號純凈穩(wěn)定，提升壓力測量精度與可靠性。
CBM27:
- 低噪聲：CBM27提供低電平信號出色的低噪聲和高精度放大性能，其極低的噪聲水平（10 Hz時en=3.8nV/√Hz）使得它非常適合用于需要高信噪比的應(yīng)用。
- 高精度放大性能：CBM27具有高開環(huán)增益（1800V/mV），能夠在保持信號完整性的同時提供大幅度的信號放大。
- 寬壓供電范圍：該運放支持從±4V到±18V的寬壓供電范圍，適應(yīng)不同的電源條件，增加了設(shè)計的靈活性。
- 高速性能：8 MHz的增益帶寬積和2.8 V/μs的壓擺率，使CBM27能夠在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中實現(xiàn)出色的動態(tài)精度。
- 低輸入失調(diào)電壓：CBM27的失調(diào)電壓低至26μV，漂移為0.2μV/°C，這有助于在溫度變化的環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能。
- 良好的負載驅(qū)動能力：輸出級具有良好的負載驅(qū)動能力，±10 V保證擺幅（600 Ω負載）和低輸出失真，使其成為專業(yè)音頻應(yīng)用的絕佳選擇。
CBM8656:
- 低噪聲：在10 kHz時，其噪聲僅為2.7nV/√Hz，這使得它在對信號純度要求極高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。
- 高直流精度：該放大器能夠?qū)崿F(xiàn)高直流精度，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。
- 軌到軌輸入輸出：CBM8656是電壓反饋型軌到軌輸入和輸出精密CMOS放大器。這種設(shè)計允許它處理接近電源軌的信號，從而提高了動態(tài)范圍和信號處理能力。
- 失調(diào)電壓漂移：CBM8656的失調(diào)電壓漂移典型值為0.4 μV/°C，最大值為2.3μV/°C，這有助于在溫度變化的環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能。
- 帶寬：CBM8656的增益帶寬產(chǎn)品為27 MHz，轉(zhuǎn)換速率為11 V/μs，這使其能夠快速響應(yīng)信號變化。
應(yīng)用場景
工業(yè)自動化領(lǐng)域 - 汽車制造工廠
在汽車制造工廠自動化生產(chǎn)線中，芯片可精確監(jiān)測燃油管道壓力，確保壓力測量誤差控制在極小范圍，使燃油噴射壓力精準穩(wěn)定，優(yōu)化燃油利用率，一定程度上減少尾氣排放；在制動系統(tǒng)檢測方面，有了CBM27 芯片的協(xié)助作用，實現(xiàn)制動管路壓力的準確測量，為行車安全提供有力保障；而CBM76AD06G 芯片能實現(xiàn)復(fù)雜生產(chǎn)線多壓力點同時監(jiān)控，助力生產(chǎn)效率提升，降低廢品率。
石油化工領(lǐng)域 - 管道壓力監(jiān)測
石油化工行業(yè)管道輸送系統(tǒng)，CBM76AD06G 芯片高精度測量和高穩(wěn)定性，可有效監(jiān)測管道內(nèi)液體或氣體壓力，其內(nèi)置保護功能在過壓情況下保護內(nèi)部電路，提高系統(tǒng)可靠性，預(yù)防管道泄漏和爆炸等安全事故。
