[发明专利]用于桥式传感器的非线性矫正系统

说明书

本发明公开了用于桥式传感器的非线性矫正系统，包括压阻桥式传感器、负反馈电路以及输出增益放大器；通过引入负反馈电路以改变压阻桥式传感器的激励电压，同时改变输出增益放大器的放大倍数，从而对原桥式非线性系统进行补偿；负反馈电路包括依次连接的求和模块、线性化数模转换器和反馈放大器，反馈电压施加在反馈放大器上；求和模块的输入端分别接受经反馈放大器和线性化数模转换器放大转换后的反馈电压、以及经激励系数衰减作用后的参考电压；求和模块输出的激励电压施加在压阻桥式传感器上。本发明利用所述非线性矫正系统，对压阻桥式传感器的非线性特性进行补偿，可以将非线性误差降低50倍，达到很好的线性化效果。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及用于桥式传感器的非线性矫正系统。

背景技术

现有压力传感器在施加压力时具有明显的非线性输出，即压力传感器在其量程范围内压力变化和输出电压信号之间呈非线性关系，这会影响压力采集系统的功能和精度。现有的线性化技术有：

硬件电路的补偿方法，通常是采用模拟电路、数字电路，如二极管阵列开方器，各种对数、指数、三角函数运算放大器等数字控制分段矫正、非线性A/D转换等等。这种方法主要是利用非线性器件或者某种元件的非线性区域，例如将二极管或三极管置于运算放大器的反馈回路中构成对数运算放大器。对数运算放大器可以对输入信号进行对数运算，从而构成非线性函数运算放大器。它可以用于非线性矫正电路之中对输出信号进行非线性矫正。目前最常用的硬件电路补偿非线性方法是利用二极管组成非线性电阻网络，配合运算放大器产生折线形式的输入输出特性曲线从而逼近理想曲线。但这种方法会使电路成本和板级面积增加，同时其精度也容易受到温度梯度的影响。

微机软件的补偿方法，利用微机的运算功能进行自动检测系统的非线性进行补偿。线性化软件处理经常采用线性插值法、二次曲线插值法和查表法。但这种方法需要将电路输出输入到微机进行计算，成本增加，实用性降低。

直接线性化，将输入量和输出量的确定函数关系用直线代替，这种方法在保证误差不超过允许精度的范围内是可行的。所选的拟合直线如理论拟合、过零旋转拟合、端点连线拟合、端点平移拟合和最小二乘拟合等等。其目的都是找到一条最接近理想的直线来代替实测曲线。但这样找到的直线误差较小而不是最小，即精度不足。

因此，有必要设计一种可以补偿压力传感器非线性输出的线性化系统，以提高呈现弓形非理想特性的传感器影响。本发明所提出的线性化模型，通过负反馈电路改变传感器的激励电压，同时相应地改变输出放大器的增益倍数实现了良好的线性化，解决了现有技术面积开销大、易受温度梯度影响，高成本、低精度等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供用于桥式传感器的非线性矫正系统，解决了现有传感器非线性输出问题。

本发明所采用的技术方案是：包括压阻桥式传感器、负反馈电路以及输出增益放大器；通过引入负反馈电路以改变压阻桥式传感器的激励电压，同时改变输出增益放大器的放大倍数，从而对原桥式非线性系统进行补偿；

压阻桥式传感器与输出增益放大器连接；输出增益放大器与输出缓冲器相连接；输出缓冲器的输出分一部分作为输出电压、另一部分作为反馈电压；反馈电压施加在负反馈电路上；

负反馈电路包括依次连接的求和模块、线性化数模转换器和反馈放大器，反馈电压施加在反馈放大器上；求和模块的输入端分别接受经反馈放大器和线性化数模转换器放大转换后的反馈电压、以及经激励系数衰减作用后的参考电压；求和模块输出的激励电压施加在压阻桥式传感器上。

本发明的特点还在于，

增益放大器的增益设置端口连接有精度补偿DAC，增益放大器的增益效果受精度补偿DAC的调节，精度补偿DAC用于补偿增益放大器本身及压阻桥式传感器的误差。

输出增益放大器的输入端与压阻桥式传感器的输出端相连接，输出增益放大器的输出端与输出缓冲器相连接。