原创 解决方案| 芯智入微 让压力变送器“神经”更敏锐

综述

在当今科技驱动的时代，压力测量在众多领域中扮演着举足轻重的角色。压力变送器作为将压力信号转换为标准电信号的关键设备，其技术发展与应用效能直接关系到各行业的生产安全、效率提升与创新突破。本文将深入阐述芯佰微电子为应对压力变送器的现状与痛点所推出的芯片解决方案。

一、现状与痛点分析

压力变送器作为工业自动化系统中的关键设备，广泛应用于石油、化工、电力、汽车、航空航天等领域,用于精确监测液体、气体及蒸汽等介质的压力。随着工业自动化的普及及对数据精度的要求不断提高，压力变送器的技术也在不断进步。现代压力变送器不仅需要具备高精度和稳定性，还需要满足恶劣环境下的长期可靠运行，尤其在高温、高湿、强电磁干扰等复杂工作条件下，如何确保传感精度和设备稳定性成为设计的关键。

精度和分辨率问题：在要求极高精度的应用中（如化工、航空航天等行业），仍然存在精度不足的情况。特别是在高噪声环境或快速变化的压力条件下，压力变送器的测量误差可能导致系统性能下降。

环境适应性不足：在存在较强电磁干扰（EMI）、振动或温度波动较大的工业环境中，压力变送器可能会受到外部因素的影响，导致信号漂移或测量不准确。

动态响应迟滞：在自动化生产线或高速流体管道的压力控制系统中，压力变送器的响应速度显得尤为重要。然而，现有的一些产品在处理快速变化的压力信号时，存在响应延迟的问题，影响了系统的实时控制能力。

长效稳定性：在一些极端的工作环境下（如高温、低温或温差较大的环境），压力变送器的精度会因温度变化而发生漂移，导致测量不准确。此外，长期运行可能导致设备老化或性能衰减，这要求压力变送器具有更好的长期稳定性和环境适应性。

二、芯佰微压力变送器芯片解决方案

芯佰微针对行业现状，推出CBM76AD06G（ADC）、CBM53D24 和 CBM128S085（DAC）、CBM27 和 CBM8656（OPA）等高性能芯片产品，协同实现压力信号精准处理与转换。

压力变送器应用框图

1、高精度ADC：CBM76AD06G

ADC用于将传感器输出的微弱模拟信号转换成数字信号，以便后续的数字处理系统进行处理和分析。通过使用高精度的ADC芯片，可以确保从压力传感器采集到的信号被准确、可靠地转换成数字形式，从而获得精确的压力读数。

·多通道输入：CBM76AD06G支持8个通道的模拟信号输入，这使得它能够同时处理多个信号源，适用于复杂的数据采集系统。

·高精度模数转换：提供16位的模数转换，这意味着它能够精确地将模拟信号转换为数字形式，非常适合需要高精度数据的应用场景。

·同步采样能力：CBM76AD06G具备同步采样的能力，这保证了在高速数据采集过程中各个通道之间的数据一致性和准确性。

·内置保护功能：集成了模拟输入钳位保护，可以在过压情况下保护内部电路免受损害，提高系统的可靠性。

·抗混叠滤波器：内置二阶抗混叠滤波器，有助于减少高频噪声的影响，保证信号质量。

2、DAC:CBM53D24、CBM128S085

DAC通常用于将经过处理的数字信号转换回模拟信号，以便于与模拟控制系统或显示设备进行接口。例如，在需要将压力值显示在模拟仪表上时，DAC可以将数字信号转换为相应的电流或电压信号，驱动模拟仪表显示压力值。

CBM53D24:

· 低功耗：CBM53D24在3V供电下的低功耗使其非常适合电池供电或低功耗应用。

· 高分辨率：12位的分辨率提供了精确的模拟输出，适用于需要高精度的应用。

· 多通道输出：4路缓冲电压输出使其能够同时控制多个模拟信号，增加了应用的灵活性。

· 宽电压范围：2.5V至5.5V的供电电压范围使其能够适应不同的电源条件。

· 兼容性：3线串行接口兼容多种通信协议，如SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP，方便与各种微控制器和处理器连接。

CBM128S085:

·多通道输出：CBM128S085提供8个电压模拟输出通道，可以满足多种应用场景下对多路模拟信号的需求。

·高精度和低噪声：CBM128S085在精度和噪声控制方面表现出色，这对于需要高精度模拟输出的应用至关重要。

·外部参考电压输入：该DAC支持外部参考电压输入，用户可以根据具体需求调整参考电压，以获得所需的模拟输出范围和精度。

·灵活的接口配置：CBM128S085支持SPI接口进行数据传输，这使得它与微控制器等数字设备的连接变得简单且高效。

·广泛的应用领域：由于其多通道、高精度和低噪声的特性，CBM128S085适用于音频处理、数据采集、工业控制等多个领域。

3、精密放大器OPA:CBM27、CBM8656

放大微弱信号：DAC 输出的压力模拟信号幅值有时偏小，OPA 能进一步放大该信号，提升至合适电平，以驱动显示设备或实现远距离传输。
    改善信号质量：OPA 可对 DAC 输出信号滤波，去除其转换过程中引入的噪声干扰，使信号纯净稳定，提升压力测量精度与可靠性。

CBM27:

·低噪声：CBM27提供低电平信号出色的低噪声和高精度放大性能，其极低的噪声水平（10 Hz时en=3.8nV/√Hz）使得它非常适合用于需要高信噪比的应用。

·高精度放大性能：CBM27具有高开环增益（1800V/mV），能够在保持信号完整性的同时提供大幅度的信号放大。

·宽压供电范围：该运放支持从±4V到±18V的宽压供电范围，适应不同的电源条件，增加了设计的灵活性。

·高速性能：8 MHz的增益带宽积和2.8 V/μs的压摆率，使CBM27能够在高速数据采集系统中实现出色的动态精度。

·低输入失调电压：CBM27的失调电压低至26μV，漂移为0.2μV/°C，这有助于在温度变化的环境中保持稳定的性能。

·良好的负载驱动能力：输出级具有良好的负载驱动能力，±10 V保证摆幅（600 Ω负载）和低输出失真，使其成为专业音频应用的绝佳选择。

CBM8656:

·低噪声：在10 kHz时，其噪声仅为2.7nV/√Hz，这使得它在对信号纯度要求极高的应用中表现出色。

·高直流精度：该放大器能够实现高直流精度，确保数据的准确性和可靠性。

·轨到轨输入输出：CBM8656是电压反馈型轨到轨输入和输出精密CMOS放大器。这种设计允许它处理接近电源轨的信号，从而提高了动态范围和信号处理能力。

·失调电压漂移：CBM8656的失调电压漂移典型值为0.4 µV/°C，最大值为2.3µV/°C，这有助于在温度变化的环境中保持稳定的性能。

·带宽：CBM8656的增益带宽产品为27 MHz，转换速率为11 V/μs，这使其能够快速响应信号变化。

应用场景

工业自动化领域 - 汽车制造工厂

在汽车制造工厂自动化生产线中，芯片可精确监测燃油管道压力，确保压力测量误差控制在极小范围，使燃油喷射压力精准稳定，优化燃油利用率，一定程度上减少尾气排放；在制动系统检测方面，有了CBM27 芯片的协助作用，实现制动管路压力的准确测量，为行车安全提供有力保障；而CBM76AD06G 芯片能实现复杂生产线多压力点同时监控，助力生产效率提升，降低废品率。

石油化工领域 - 管道压力监测

石油化工行业管道输送系统，CBM76AD06G 芯片高精度测量和高稳定性，可有效监测管道内液体或气体压力，其内置保护功能在过压情况下保护内部电路，提高系统可靠性，预防管道泄漏和爆炸等安全事故。