SAMTEC UTI03

DataSheet——通用传感器接口(UTI)
特性
◆ 为下列传感器提供接口:电容式传感器,铂电阻,热敏电阻,电阻桥传感器和电位计
◆ 可以同时测量多个传感器
◆ 单路供电2.9~5.5V,电流消耗低于2.5mA
◆ 分辨率和线性度可达14位和13位
◆ 偏置和增益的连续自动校正
◆ 微处理器兼容的输出信号
◆ 三态输出
◆ 测量时间10ms或100ms,快慢模式可调
◆ 几乎全部采用2/3/4线制测量方式
◆ 传感器激励信号为交流电压
◆ 抗 50/60Hz干扰
◆ 掉电模式
◆ 工作温度:-45~85℃ (DIL,SOIC)
◆ 工作温度:-40~180℃(裸机)
应用
自动化,医疗和工业等方面的应用
◆ 角度,位置感测
◆ 精确温度测量(Pt,NTC)
◆ 阻桥式的压力传感器等
概况描述
UTI是基于一个周期调制的振荡器并用于低频测量的模拟前端。传感元件可直连在UTI上,且不需
要任何外接电路,仅需一相同类型的参考元件。UTI的输出是周期调制信号,可与微处理器(MCU)
兼容。UTI为下列元件提供接口:
◆ 容性传感器0~2pF,0~12pF等,最大到300pF
◆ 铂电阻Pt100 Pt1000
◆ 热敏电阻1k~25k
◆ 阻性电桥 250~10k 最大不平衡度±4%或±0.25%
◆电位计1k~50k
UTI对于基于智能MCU的系统非常适合。所有的信息只通过一MCU兼容的信号输出,这样大大的
减少了各分立模块之间的外接线和耦合器。
三信号技术连续地自校正增益和偏移量,斩波技术消除了低频信号的干扰。UTI具有16中工作模
式,可通过相关的引脚进行设置。
芯片结构
UTI提供16引脚的双列直插DIP和18引脚的SOIC封装,下图为封装图与功能表
引脚
引脚功能
VDD,Vss
A~F
供电
传感器接口
SEL..SEL4
OUT
SF
CML
PD
设置模式
输出
快/慢模式设置
CMUX02/CMUX12模式设置
掉电模式(三态)
表1:各引脚的功能
图1
最大额定值
25℃时最大额定值
电源电压:
电源电流:
功率消耗:
掉电模式下功耗:
-0.3~7V
[email protected]
21mW
7uW
不包括连在传感器上的
输出电压: -0.3V~VDD+0.3V
A~F的驱动电流: 8mA
输出阻抗: 60ohm
Vss输入电压: -0.3~VDD+0.3V
各引脚输入电流: ±2uA
静电防护等级: >4000V
工作温度: -40~85℃
储存温度: -65℃~150℃
焊接温度(10s): 300℃
工作模式
SEL
2
3
1
模式
4
相数
特称
模式编码
容性模式
0
0
0
0
5个0~2pF
5
C25
0
0
0
0
1
3个0~2pF
3
C23
1
0
0
1
0
5个0~12pF
5
C12
2
0
0
1
1
外接MUX 0~2pF/0~12pF
-
CMUX
3
0
1
0
0
3个电容,范围小于300pF
3
C300
4
阻性模式
0
1
0
1
铂电阻Pt100/1000 4线式
4
Pt
5
0
1
1
0
热敏电阻1~25k
4
Ther
6
0
1
1
1
2/3 Pt100/1000
5
Pt2
7
1
0
0
0
2/3 热敏电阻1~25k
5
Ther2
8
阻桥模式
1
0
0
1
阻桥 Vbridge(±200mV)
3
Ub2
9
1
0
1
0
阻桥 Vbridge(±12.5mV)
3
Ub1
10
1
0
1
1
阻桥 Ibridge(±200mV)
3
Ib2
11
1
1
0
0
阻桥 Ibridge(±12.5mV)
3
Ib1
12
1
1
0
1
阻桥与两电阻(200mV)
5
Brg2
13
1
1
1
0
阻桥与两电阻(12.5mV)
5
Brg1
14
1
1
1
1
3个电位计 1~50k
5
Potm
15
表2
输出
UTI输出是MCU兼容的周期调制信号,它是驱动传感元件的激励。表3列出了一些UTI的输出参数。
参数
条件
值
单位
Vol 输出电压LOW
0.4
V
Voh 输出电压HIGH
Vdd-0.6
V
Rout输出阻抗
60
ohm
最大输出电流
8
mA
VDD=5V
B~F 输出阻抗
800
ohm
容性模式下作为输出
E、F最大输出电流
20
mA
阻性和阻桥模式下
上升时间
14
ns
下降时间
13
ns
PD-OUT延时
30
ms
快模式下小八倍
SELi-out 延时
30
ms
快模式下小八倍
表3 :UTI的输出参数
模拟输入
TA=25℃ Vdd=5V时的一些输入参数
参数
输入电容
A~F之间的漏抗
值
单位
20
pF
30×10E-3
pF
条件
DIL封装
表4
模式控制
UTI具有16种工作模式。这些模式被SEL1、SEL2、SEL3、SEL4这四个引脚控制。SF控制快慢
模式,而PD控制掉电模式
引脚SF用做设置测试的速度。当SF=1,UTI工作在快模式下,这个模式下输出信号的一整个周期
的时间为10ms。当SF=0时,UTI则以慢模式工作,输出信号的整个周期是100ms
PD用作控制掉电模式。当PD=0,UTI掉电模式工作,对外呈现高阻抗。这使得多个UTI的输入可
以连在一个线上,通过设置PD来选择其中一个UTI的输出信号传输至总线上。
在模式CMUX下,CML引脚用于选择容值范围。当CML=1时,范围为0~12pF;当CML=0时,范围
为0~2pF。而在其他模式下,CML通常接地。
不允许任何引脚浮置,除非有特殊要求。
传感元件测量理论
三信号技术
三信号技术是一种在线性系统中消除未知偏置和未知增益的技术。为了利用这种技术,除了测量
传感器的信号之外,还需用相同的方法测试两个参考信号,假设一线性系统的关系如下:
Mi=kEi+Moff
我们给系统设置3个不同的输入:E1=0,E2=Ere,E3=Ex 则:
M1=Moff,M2=Mref=k*Eref+Moff,M3=Mx=k*Ex+Moff 算出:
P=(M3-M1)/(M2-M1)=Ex/Eref
对于线性系统,在上式中我们可以看到未知偏置和未知增益的影响被消除了,而且P代表这未知
传感器信号与已知传感器信号之比,这种技术叫做三变量技术,或者三信号技术。尽管偏移量和增益
的大小可能随时会变化,但是它们对结果都没有影响,因此,UTI具有自校正功能。
使用三信号技术需要一MCU,它能数字化UTI的输出信号,并对数据进行存储和运算。这样一个
综合传感器、信号处理电路(例如UTI)、MCU的功能模块叫做基于微处理器的智能传感系统。自校正
的特性说明UTI性能不受温度影响。
传感器的测量
UTI输出是一周期调制信号,如下图,展示了两个由三相组成的完整周期
图2
三信号技术要求必须给UTI提供三个或三个以上的输入,第一相时,输入一般为0;第二相是,输
入切换到参考元件的输出;接下来的相UTI将测量一个或更多未知传感器的输出。上图描述的情况里
只有一个未知传感器需被测量。UTI输入信号的控制完全能够由其本身控制,不需MCU的干涉。
第一相时整个线性系统的偏置量被测量了;第二相时参考信号被测量了,最后一相未知传感器元
件被测量了。各相持续的时间是与各相的被测信号呈比例关系,如下表:
容性测量
阻性测量
Toff=NK1C0
Tref=NK1(Cref+C0)
Toff=NK2V0
Tref=NK2(Vref+V0)
Tx=NK1(Cx+C0)
Tx=NK2(Vx+V0)
Cx和Vx是须被测量的传感器的参数,Cref和Vref是参考信号,C0和V0是不变部分(包括电压偏移
量等)。K1和K2是增益。因子N代表内部振荡器的周期数,快模式下,N=128;慢模式下,N=1024
。Vx和Vref,可能分别是阻性传感与参考电阻两端的电压,也可能分别是阻桥传感输出电压与电桥供
电电压;不同模式下代表代表不同的含义。UTI的输出能够通过计算每相MCU的时钟信号而数字化,
结果就是Noff、Nref和Nx。因此比例Cx/Cref和Vx/Vref可以由MCU算出:
P=(Nx-Noff)/(Nref-Noff)=Cx/Cref
(1)
P=(Nx-Noff)/(Nref-Noff)=Vx/Vref
因为P不取决于系统偏移量和增益,因此说系统具有自校正功能。
上诉三相是分时测量的。第一相由两个周期组成(输出频率暂时的翻倍了)。正因如此,MCU能
够识别各相并做出正确的计算。因为第一相(偏置相)总是最短的,这也能被用识别各相。一般一整
个输出信号周期含相数3到5个,这主要取决于UTI的工作模式。每个特定的工作模式有固定的周期数
。通常UTI测试都有一个偏置量的测量、一个参考量的测量和一个或多个的未知元件的的测量。
分辨率和精度
UTI输出由MCU数字化。但数字化过程引入了量化干扰,它会限制UTI的分辨率。任何相的量化干
扰造成的误差,由下式决定:
(2)
ts是取样时间,Tphase是相持续时间。例如:ts=1us,Tphase=20ms,σ=1/45000,由此推出慢
模式下最大分辨率为15.5BIT,而快模式下为12.5BIT。
为进一步改善分辨率可取M1… Mp后取平均值,σ将减小p倍。
除了量化干扰,另一个限制分辨率的是振荡器本身的热干扰和寄生电容的影响。对于CMUX工作
模式,寄生电容的影响如下图所示:
图3
线性度
一般UTI的线性度位于11BIT与
14BIT之间,这主要取决于工作模式。
对于CMUX模式,寄生电容造成的
非线性度影响如右图所示:
图4
UTI的容性测量
一般测量电容的方法是并联,UTI的测量方法则比较特殊:见图(a)、(b)
图5
传统测量电容的方法中,电路电容并联被测电容。避免测量小电容时长电缆的影响是比较难的。
UTI采用基于电荷转移的四电极法解决了这个问题,电容激励来自一个电源。这说明Cp1个并联在电压
源上,因此不是测试电路的一部分。Cx上的电荷被一接地的电荷放大器吸收,说明Cp2被短路了。采
用四电极发测电容可小至aF级别,而电缆线的寄生电容可能会有上百pF。
从上诉的"非线性度与寄生电容的关系图"中可以看出,寄生电容为500pF时,非线性度为10E-3。
当测量多个电容时,每个节点(例如A、B、C、D、E、F)会被依次激活一段特定的时间。节点
在没有激活时是接地并相互并联的,所以对测量没有影响。节点的激活转换完全有UTI自动控制。在
CMUX模式下,被测电容的数目是没有限制的。更多相关信息请查看应用手册。
容性模式
Mode 0 C25:5个0~2pF的电容
该模式下,可以测量5个电极相同的0~2pF的电容。图6给出了连接方式,所有的电容有一个相同
的接收极,并连在A脚上。转换极B~F的信号是一振幅为Vdd的方波。当电容没有被测时,相应的节点
会被接内部地。在模式C25中,一个周期具有5个测量相,如表5
相
1
2
3
4
5
测量电容
输出周期
CBA+Coff
CCA+Coff
TBA=NK1(CBA+Coff)
TCA=NK1(CCA+Coff)
TDA=NK1(CDA+Coff)
CDA+Coff
CEA+Coff
TEA=NK1(CEA+Coff)
TFA=NK1(CFA+Coff)
CFA+Coff
表5
典型值
参数
图6
K1
10us/pF
Coff
2pF
最大电容(Cxa)
2pF
线性度
13BITS
分辨率(SF=0)
14BITS
残留偏移量
<15×10E-3 pF
表6:C25和C23模式的规格参数
在相1输入电容CBA+Coff被测。该相输出频率翻倍,故有两个周期,这确保了与MCU同步。在之
前的应用中,A、B之间没有接电容。
残留偏置电容Coff是由焊接线,焊盘和IC引脚之间的寄生电容产生的。当这个值很大时,我们应
该使用CMUX模式来测量。如此外接的多路器能够把Coff降低值20×10E-6pF
Mode 1
C23:3个0~2pF的电容
在该模式下,可测3个具有共同极的0~2pF的电容,该模式与C25模式不同的是该模式由三相组成。连
接图如图6(需删除CEA与CFA),各相的测试电容如下表所示:
测量电容
输出周期
相
1
2
3
CBA+Coff
CCA+Coff
TBA=NK1(CBA+Coff)
TCA=NK1(CCA+Coff)
CDA+Coff
TDA=NK1(CDA+Coff)
表7
Mode 2
C12:5个0~12pF的电容
该模式下,可测5个具有共同极的0~12pF的电容。连接图见图6,被测电容最大值为12pF,相数为
5。与C25模式最大的区别就是被测电容范围不同。
每相被测电容公式与C25模式下的相同,规格数据见下表:
参数
最大测量电容
分辨率(SF=0)
残留偏置
K1
线性度
Coff
典型值
1.7us/pF
12pF
12pF
13BITS
14BITS
<15×10E-3pF
表8
残留偏置电容Coff是由焊接线,焊盘和IC引脚之间的寄生电容产生的。当这个值很大时,我们应
该使用CMUX模式来测量。如此外接的多路器能够把Coff降低值20×10E-6pF
Mode 3 CMUX:x个电容 0~2pF/0~12pF,外接多路器MUX
该模式下,可测量任意数量的具有同电极的0~2pF(CML=0)或0~12pF(CML=1)的电容。需
使用多路器(MUX),UTI此时不控制相的转换。Smartec特为此开发了一款九输入、四输出的MUX
。该模式的规格见下表。下面也提供了一种测量连接的方式。外接MUX由MCU控制,
参数
CML
最大测量电容
残留偏置
K1
Coff
线性度 分辨率
典型值 CML=0 10us/pF
2pF
<2×10E-5pF
2pF
13bits
14bits
典型值
CML=1
1.7us/pF
12pF
12pF
表9
13bits
图7:CMUX模式下测量多电容一种可能的连接方式
14bits
<2×10E-5pF
Mode 4 C300:3个电容,范围最大为300pF
该模式下,能够测量3个具有同一端的变化范围小于
300pF的电容,连接图见图8。图上电阻用于设置CiA的电
压,A点的总电容值必须限制在500pF以内以保持非线性度低
于10E-3。CiA的电压等于VEF ,VEF通过三个不太精确的
R1、R2、R3来分压设置,其中R1与R3可以为0。直流电压
VEF必须满足以下的条件:
VEF<Kv/Cmax
常数Kv=60V·pF,Cmax是CBA、CCA和CDA中最大的
所有的电容和电阻总的时间常数必须小于500ns,这主
要有电阻来设置
图8
例子:
CA=300pF,CDA=200pF,CBA=0和VDD=5V,阻值R1=25k,R2=1k,R3=0。VEF可近似等于0.2
该系统包含两个时间常数Ctot·(R3//(R1+R2))和Ctot·(R1//(R2+R3)),Ctot=CBA+CCA+CDA+Cp,每个
时间常数都必须小于500ns。慢模式下的非线性和分辨率如表10所示。此时,CDA=0,
Cp=30pF,VEF达到最大值Kv/Cmax.每相测量数据如表11所示。
电容
非线性
分辨率
CBA=CCA=33pf
CBA=CCA=150pf
1.4×10E-4
1.2×10E-3
1.4×10E-4
1.2×10E-3
CBA=CCA=270pf
CBA=CCA=330pf
1.4×10E-4
1.2×10E-3
1.4×10E-4
1.2×10E-3
CBA=CCA=560pf
1.4×10E-4
1.2×10E-3
相
1
2
3
表10
测量电容
输出周期
CBA+Coff
CCA+Coff
TBA=NK1(CBA+Coff)
CDA+Coff
TBA=NK1(CCA+Coff)
TBA=NK1(CDA+Coff)
表11
阻性模式
Mode 5 Pt:1个铂电阻Pt100/Pt1000,4线
该模式下,将测一个铂电阻与参考电阻。连接图如图9。因为使用了force/sense wires,电阻Rx和
Rref都以四线的方法测量,因此完全消除了引线电阻的影响。驱动电压VEF是一个幅值为VDD,频率
为1/4内部震荡频率的方波。电阻RBIAS的作用是设置电路电流。测量Pt100的测量误差为±40mΩ,这
个误差可以理解为由芯片内部设计引起的系统误差。
采用交流电压来触发测量电路,电缆的电容会影响测量精度。为了减小长电缆造成的影响,请你
参照我们的应用手册,上面描述了怎样在采用200m长的电缆时而不影响测量精度。当传感器远离UTI
时,smartec公司推荐你采用这种方法。
测量电压
输出周期
Voffset
Vab+Voffset
Toffset=NK2Voffset
Tab=NK2(Vab+Voffset)
3
Vcd+Voffset
Tcd=NK2(Vcd+Voffset)
4
Vbc+Voffset
Tbc=NK2(Vbc+Voffset)
相
1
2
表12
图9
为了计算(1)式所示的比例,我们需要对二线、三线、四线进行分别测量。
P2-,4- =(phase3-phase1)/(phase2-phase1)=Vcd/Vab=Rx/Rref
P3- =(phase3-phase4)/(phase2-phase1)=(Vcd-Vbc)/Vab=Rx/Rref
VDD=5V,VAB、VCD振幅小于0.7V时,线性度优于13bits,当VDD=3.3V时,VAB、VCD
会小于0.4V,这样会限制铂电阻的测量精度。
(3)
自热也会对精度产生影响,因此,须限流。例如:一个200K/W的热电阻置于0℃的空
气中,VCD=0.7V,Pt100自热影响造成1K的误差。如果误差太大,RBIAS必须增大以通过
Pt100的电流。当VCD=0.2V,因为自热造成的温度误差将达到80mK。这比Pt100的初始误差
小两倍。因此,当通过Pt100的电流是2mA时,要求RBIAS=2.2k
Pt100的相对敏感度是3.9×10E-3/K。当Pt100的电流为2mA,敏感度为780uV/K。该模
式下UTI的分辨率为7uV,慢模式下分辨率为9mK。表13是该模式下的一些规格参数:
参数
值
56us/V
K2
V0
RBIAS(Pt100,自热
200K/W=80mK)
RBIAS(Pt1000,自热
200K/W=80mK)
E、F处触发电压
偏置
线性度
分辨率(慢,Pt100,
2mA)
值
如果允许VCD和VAB的Pk-Pk值达
到2.5V,那么可以获得很高的分辨率。
但是自热效应和线性度的要求限制了该
Pk-Pk值。不管怎样,当该Pk-Pk值在范
围0.7~2.5V时,分辨率将减小至8Bits
0.36V
2.2kohm
I=2mA
6.2kohm
I=600uA
20mA
10uV
13Bits
14Bits
(9mK)
表13
Mode 6 Ther:1个热敏电阻,4线制
该模式下,一个热敏电阻和一个参考电阻将被测。连接图如图10
图10
驱动电压VEF是一个振幅为VDD/12.5的瞬变电压,等效直流电压值为VDD/2
热敏电阻与参考电阻的比例由(3)式给出。各相测量的信号如表12所示。VAB并不是
不变的,而与VCD一样和温度呈线性的关系。
分辨率(慢模式)
参数(VDD=5V) K2
V0
Rref//Rx Rref+Rx 偏置
线性度
典型值
56us/V
0.36V
<5kohm >1kohm 10uV
13Bits
7mV(1mK)
表14
表14是Ther模式的规格参数表。对于非常大或非常小的Rx(Rref的十倍或Rref的十分之一),电
压的分辨率不变,而温度的分辨率却降低了,这是由于线性化的方法。
对于一个敏感度为4%/K的热敏电阻,采用该模式,在VDD为5V时,分辨率将达到1mK
Mode 7 Pt2:2或3个铂电阻
该模式,将对2个或3个铂电阻进行测量。连接图见图11。VEF的值与模式Pt下的一样。
图11
模式Pt下的电流限制在此处也有效。参数规格与模式Pt的一样,如表13所示。注意,
Rx2可以采用四线式测量。相5可以用于测量引线电阻或Rx3下,和模式Pt唯一的区别就是一
周有5相,见表15:
相
1
2
3
4
5
测量电压
输出周期
Voffset
Vab+Voffset
Vcd+Voffset
Vbc+Voffset
Vdf+Voffset
Toffset=NK2Voffset
Tab=NK2(Vab+Voffset)
Tcd=NK2(Vcd+Voffset)
Tbc=NK2(Vbc+Voffset)
Tdf=NK2(Vdf+Voffset)
表15
采用图11右边的连接方式,引线电阻的影响不能被消除。尤其当Rx3采用该连接方式,
UTI内部的连接线会造成0.9ohm(Pt100)/3ohm(Pt1000)的误差。测量的误差还取决与供
电电流和温度,但是它是稳定的,有规则的。
Mode 8 Ther2:2或3个热敏电阻
图12
该模式下,将对2或3个热敏电阻进行测量。接线见图12。该模式一周期也有5相,见表
15。规格参数表见表14。
采用图12左边的连接方式,引线电阻的影响不能被消除。尤其当Rx3采用该连接方式,
UTI内部的连接线会造成11.5ohm(对应的Rx3=2.5kohm)的误差。测量的误差还取决与供电
电流和温度,但是它是稳定的,有规则的。
阻桥模式
Mode 9 Ub2:电阻桥,ref=Vbridge,最大不平衡±4%
该模式下,能测一电阻桥,得到阻桥的输出电压VCD和电桥供电电压VAB的比例。测量的阻
桥的不平衡的范围是±4% .
图13:4线式与2线式连接方法
测阻桥的连接方式见图13,通过电桥的电压VEF是幅值为VDD的方波,频率为内部震
荡频率的1/4。因为使用Force/sense线,电桥采用4线式来测量。如图13左图所示。每个相
的测量信号见表16
在相2,测出通过电桥的电压VAB,UTI芯片上有一个毋须校正的高精度除法器,把该电
压除以32后,VAB将以和VCD同样的方式处理。
测量电压
相
Voffset
1
2 Vab/32+Voffset
Vcd+Voffset
3
输出周期
Toffset=NK2Voffset
Tab=NK2(Vab/32+Voffset)
Tcd=NK2(Vcd+Voffset)
表16
为得到不平衡度,MCU计算得:
(4)
规格参数表见表17:
参数(VDD=5V)
典型值
56us/V
0.54V
K2
V0
电桥激励
最大激励电流(E-F)
AC VDD
20mA
250ohm~10kohm
电桥电阻
电桥输出电压
<±0.2V
11Bits
精度
偏置
<10uV
<7uV
慢模式下的分辨率
表17
Mode 10 Ub1:电阻桥,ref=Vbirdge,最大不平衡度±0.25%
该模式与Ub2模式最大的区别就是最大不平衡度为0.25%(VDD=5V时,VCD=12.5mV)
连线方式与Ub2模式一样,在处理这个非常小的输出电压之前,需要经过芯片内部的15倍放
大器放大后,采用相同的方法处理该信号。放大器与除法器一样,毋须校正。为算出电桥的
不平衡度,需用到式(7),且式中的32需换成480。因为采用force/sense 线,顾电桥采用
四线制测量。每相测的数据见表18,规格参数表见表19。
相
1
2
3
测量电压
输出周期
Voffset
Vab/32+Voffset
15Vcd+Voffset
Toffset=NK2Voffset
Tab=NK2(Vab/32+Voffset)
Tcd=NK2(15Vcd+Voffset)
表18
典型值
参数(VDD=5V)
56us/V
K2
V0
电桥激励
最大激励电流(E-F)
电桥电阻
0.54V
AC VDD
20mA
250ohm~10kohm
电桥输出电压
精度
<±12.5mV
10Bits
偏置
<10uV
慢模式下的分辨率
<700nV
表19
Mode 11 Ib2:电阻桥,ref=Ibridge,最大不平衡度±4%
该模式下,测试一电阻桥。通过电桥的输出电压和通过电桥的电流来表征。这个电流被
转换成一参考电压,整体连接图见图14左图。选择Rref时须保证VAB处于0.1V与0.2V之间。
这个模式也可以被采用四线制来测量铂电阻,见图14右图。该模式测铂电阻与Pt模式测铂电
阻相比,优势在于一个周期只需测量3相。
图14
相
1
2
3
测量电压
输出周期
Voffset
Toffset=NK2Voffset
Tab=NK2(Vab+Voffset)
Tcd=NK2(Vcd+Voffset)
Vab+Voffset
Vcd+Voffset
表20 :Ib2的每相测量参数
典型值
参数(VDD=5V)
56us/V
K2
V0
电桥激励
0.54V
AC VDD
20mA
250ohm~10kohm
<±0.2V
最大激励电流(E-F)
电桥电阻
电桥输出电压
精度
12Bits
偏置
慢模式下的分辨率
<10uV
<7uV
表21:Ib2模式的规格参数表
Mode 12 Ib1:电阻桥,ref=Ibridge,最大不平衡度±0.25%
与模式11很类似,连接图见图14。与模式11不同的是不平衡度范围为±0.25%,参考电阻的电压
必须处于0.1V与0.2V之间,与模式11一样。
电桥输出电压在放大15倍后和参考电压以相同的方式进行处理。每相测试参数见表22,规格参数
见表23,为得到不平衡度,MCU计算:
(5)
相
1
2
3
测量电压
输出周期
Voffset
Vab+Voffset
Toffset=NK2Voffset
Tab=NK2(Vab+Voffset)
15Vcd+Voffset
Tcd=NK2(15Vcd+Voffset)
表22
参数(VDD=5V)
典型值
56us/V
0.54V
K2
V0
电桥激励
最大激励电流(E-F)
AC VDD
20mA
电桥电阻
250ohm~10kohm
电桥输出电压
精度
偏置
慢模式下的分辨率
<±12.5mV
10Bits
<10uV
<700nV
表23
Mode 13 Brg2:电阻桥±4%和2个电阻
该模式下,能够测量一最大不平衡度为±4%的电阻桥与两个电阻。其中一个电阻可以为
随温度的变化而变化。若如此则电阻桥输出能够正确的处理温度的影响。电桥的电压与通过
电桥的电流都被测出。整体连接图见图15。
电压VEF是频率为1/4内部震荡频率、振幅为
VDD的方波,参考电压Vref必须处于0.1V和0.2V之
测量电压
相
Voffset
Vab+Voffset
Vcd+Voffset
Vbf+Voffset
Vea/32+Voffset
1
2
3
4
5
输出周期
Toffset=NK2Voffset
Tab=NK2(Vab+Voffset)
Tcd=NK2(Vcd+Voffset)
Tbf=NK2(Vbf+Voffset)
Tea=NK2(Vea/32+Voffset)
表24
典型值
参数(VDD=5V)
K2
图15
通过电桥的电压VEA通过32倍触发器后和其他的电
压采用同样的方法运算,我们可以得到电桥的不平
衡度VCD/VEA:
(6)
56us/V
0.54V
V0
电桥激励
最大激励电流(E-F)
AC VDD
20mA
电桥电阻
250ohm~10kohm
电桥输出电压
Vcd/Vea的精度
Vab/Vbf的线性度
<±0.2V
11Bits
12Bits
<10uV
偏置
慢模式下的分辨率
<7uV
表25
对于被测测量VBF,由于UTI内部的线路布局,VAB/VBF会产生1.2%的误差。该误差
还决定于通过电桥的电流和环境温度。
Mode 14 Brg1:电阻桥±0.25%和2个电阻
该模式与模式13很类似。连接图见图15。与模式13相比区别是电桥不平衡度为0.25%
。电桥的输出电压VCD在放大十五倍后再进行进一步的处理。每相测的参数见表26,参数规
格见表27 。对于被测测量VBF,由于UTI内部的线路布局,VAB/VBF会产生1.2%的误差。该
误差还决定于通过电桥的电流和环境温度。
测量电压
输出周期
相
1
Voffset
2
3
Vab+Voffset
15Vcd+Voffset
4
5
Vbf+Voffset
Tcd=NK2(Vcd+Voffset)
Tbf=NK2(Vbf+Voffset)
Vea/32+Voffset
Tea=NK2(Vea/32+Voffset)
Toffset=NK2Voffset
Tab=NK2(Vab+Voffset)
表26
参数(VDD=5V)
K2
典型值
56us/V
V0
电桥激励
最大激励电流(E-F)
电桥电阻
电桥输出电压
0.54V
AC VDD
20mA
250ohm~10kohm
<±12.5mV
10Bits
Vcd/Vea的精度
Vab/Vbf的线性度
12Bits
<10uV
Vcd偏置
Vab偏置
慢模式下的分辨率
<10uV
<7uV
<7uV
快模式下的分辨率
表27
Mode 14 Brg1:电阻桥±0.25%和2个电阻
该模式下,3个范围为1kohm~50kohm的电位计将被测量。整体连接图见图16。当只有
一个电位计被测时,把电位计的滑动端连在引脚B,C,或者D,但是电位计必须连上F脚。通
过电位计的电压是一个振幅为VDD,频率为1/4内部震荡频率的方波。
图16
该模式下不能补偿引线电阻造成的影响。因此,阻值低的电位计应避免使用。每相
测量数据见表28,规格参数见表29.每个电位计的相对位置M计算如下:
(7)
相
1
2
3
4
5
测量电压
输出周期
Voffset
Vef+Voffset
Vcf+Voffset
Vbf+Voffset
Toffset=NK2Voffset
Tef=NK2(Vef+Voffset)
Tcdf=NK2(Vcf+Voffset)
Tbf=NK2(Vbf+Voffset)
Tdf=NK2(Vdf+Voffset)
Vdf+Voffset
表28
参数(VDD=5V)
典型值
K2
56us/V
0.5V
250ohm~10kohm
<±12.5mV
10Bits
V0
电桥电阻
电桥输出电压
Vcd/Vea的精度
慢模式下的分辨率
14Bits
表29
阻桥模式
图17模式了UTI-die与SOIC的封装,die封装的尺寸是3.1mm×2.1mm
订购代码
UTIDIL
UTISOIC
采用DIL封装的UTI
采用SOIC封装的UTI
UTIdie
裸机
UTIwafer
6'' wafer的UTI
该接口芯片是由Smartec公司和代尔夫特理工大学联合开发的,最终研发成功叫做UTI(通用传感器接口)
深圳市华儒科技有限公司
0755-82428254-839
黄磊 先生
[email protected]
www.huaruchina.com