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本應(yīng)用筆記討論了MAX11254在壓力傳感器應(yīng)用中的卓越性能，這要?dú)w功于其吸引人的特性，包括多個差分輸入通道、低噪聲、高內(nèi)部可編程增益放大器和低功耗。

介紹

壓力傳感器測量施加在單位區(qū)域（例如氣體、液體或床墊等特定平臺上的力體）的力。壓力傳感器充當(dāng)傳感器，并產(chǎn)生與其所承受的力相對應(yīng)的電壓電信號。該輸出電壓通常在毫伏范圍內(nèi)非常低。為了捕獲這種低壓信號，必須使用非常靈敏和精確的器件，如MAX11254模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。

MAX11254 ADC基本特性

MAX11254為6通道、24位Δ-Σ型ADC，性能出色，工作模式下僅消耗2.2mA電流，休眠模式下功耗僅為1μA。高達(dá) 64ksps 的采樣率可實(shí)現(xiàn)精確的直流測量。此外，內(nèi)部可編程增益差分放大器（PGA）噪聲僅為 6.2nV/√Hz，可編程范圍為 1 至 128，這使其成為測量輸出電壓信號極低的壓力傳感器的理想器件。

MAX11254的輸入?yún)⒖荚肼曉?0sps （0.81μVRMS）的低采樣速率下比在12.8ksps （10.8μVRMS）的高采樣速率下至少低13倍。表1給出了MAX11254數(shù)據(jù)資料中MAX11254在單周期轉(zhuǎn)換模式下的噪聲數(shù)據(jù)。

	PGA: 1		2		4		8		16		32		64		128
數(shù)據(jù)速率	LP	LN	LP	LN	LP	LN	LP	LN	LP	LN	LP	LN	LP	LN	LP	LN
50	0.81	0.58	0.38	0.27	0.18	0.13	0.1	0.07	0.09	0.07	0.08	0.06	0.08	0.06	0.08	0.06
62.5	0.88	0.63	0.48	0.34	0.21	0.15	0.12	0.09	0.09	0.07	0.08	0.06	0.08	0.05	0.08	0.05
100	1.18	0.84	0.61	0.44	0.3	0.21	0.17	0.12	0.12	0.08	0.09	0.07	0.09	0.07	0.1	0.07
200	1.38	0.99	0.68	0.49	0.35	0.25	0.21	0.15	0.15	0.1	0.12	0.08	0.11	0.08	0.11	0.08
400	1.63	1.16	0.85	0.61	0.45	0.32	0.27	0.19	0.19	0.14	0.16	0.12	0.15	0.11	0.16	0.11
800	2.12	1.51	1.1	0.79	0.61	0.43	0.36	0.26	0.27	0.2	0.24	0.17	0.23	0.16	0.23	0.16
1,000	2.38	1.7	1.25	0.89	0.69	0.49	0.41	0.29	0.31	0.22	0.27	0.19	0.26	0.18	0.26	0.19
1600	3.21	2.29	1.67	1.19	0.89	0.64	0.56	0.4	0.41	0.29	0.36	0.26	0.35	0.25	0.49	0.35
3200	4.41	3.15	2.28	1.63	1.25	0.89	0.78	0.55	0.58	0.41	0.51	0.36	0.49	0.35	0.59	0.42
4000	5.18	3.7	2.68	1.91	1.48	1.06	0.91	0.65	0.69	0.49	0.6	0.43	0.58	0.41	0.83	0.59
6400	7.34	5.24	3.83	2.73	2.08	1.48	1.29	0.92	0.98	0.7	0.86	0.61	0.81	0.58	1.16	0.83
12800	10.8	7.74	5.59	3.99	3.01	2.15	1.85	1.32	1.37	0.98	1.23	0.88	1.17	0.83	1.16	0.83

在表1中，LP為低功耗模式，LN為低噪聲模式。在LP模式下，該器件的功耗比低噪聲模式下低約1mA。然而，在LN模式下，該器件針對低噪聲性能進(jìn)行了優(yōu)化，其折合到輸入端的噪聲電壓通常比低功耗模式下低40%。

根據(jù)表1中的噪聲數(shù)據(jù)，采樣速率越低，折合到輸入端的噪聲越低，這意味著信噪比（SNR）和信噪比加失真（SINAD）值越高。因此，根據(jù)以下等式，在低采樣率下，有效位數(shù)（ENOB）更高：

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評估了MAX11254的動態(tài)性能。圖1至圖4顯示了采樣率高達(dá)64ksps的單周期和連續(xù)模式的ENOB值。

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圖1.MAX11254 ENOB值在單周期轉(zhuǎn)換模式下為直接增益范圍為1至128，采樣速率高達(dá)1ksps。

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圖2.MAX11254 ENOB值在單周期轉(zhuǎn)換模式下為直接增益范圍為1至128，采樣速率高達(dá)12.8ksps。

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圖3.MAX11254 ENOB在連續(xù)模式下的直接增益范圍為1至128，采樣速率高達(dá)1ksps。

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圖 4.MAX11254 ENOB值在連續(xù)模式下直接和增益范圍為1至128，采樣速率高達(dá)64ksps。

如圖1至圖4所示的測量數(shù)據(jù)證實(shí)，在最低采樣速率下，22.5位的ENOB最高?；谶@些測量數(shù)據(jù)，為了更準(zhǔn)確地捕獲壓力傳感器的低輸出電壓，最好以較低的采樣率進(jìn)行。原因是噪聲相對于頻率主要是平坦的。因此，由于帶寬較窄，降低采樣率會成比例地降低噪聲。因此，ENOB在較低的采樣率下更高。此外，由于PGA的噪聲低于ADC調(diào)制器的噪聲，因此使用PGA通常比旁路或直接模式產(chǎn)生更高的ENOB。

圖5所示為MAX11254 ADC，MPXV10GC6U配置為壓力傳感器，用于測量傳感器的輸出電壓，對應(yīng)于施加的輸入壓力。

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圖5.MAX11254 ADC壓力傳感器連接。

在 0 PSI 時，壓力傳感器的輸出電壓在精密電壓計(jì)（如安捷倫 34401A）上指示 19.998mV。MAX11254測得的電壓為20.034mV。當(dāng)壓力增加到1.35 PSI時，MAX11254從傳感器捕獲的相應(yīng)輸出電壓為53.103mV。圖6和圖7分別給出了MAX11254EVKIT軟件上測得的電壓與壓力的關(guān)系以及捕獲的數(shù)據(jù)。

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圖6.壓力傳感器的傳遞函數(shù)。

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圖7.MAX11254輸出電壓為0 PSI。

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圖8.MAX11254測量MPXV10CC6U傳感器的輸出電壓精度與壓力的關(guān)系。

結(jié)論

壓力傳感器通常提供非常低的輸出電壓（以毫伏為單位），這就需要具有寬動態(tài)增益范圍的低噪聲和高精度ADC來精確測量電壓。MAX11254 ADC具有極低的密度噪聲，僅為6.2nV/√Hz PGA，增益范圍為1倍至128倍，因此設(shè)計(jì)滿足所有這些嚴(yán)格要求。該內(nèi)部PGA還提供輸入信號隔離。因此，無需其他外部放大器即可實(shí)現(xiàn)出色的性能。此外，MAX11254內(nèi)置時序控制器和6路差分輸入，支持掃描選定的模擬通道、可編程轉(zhuǎn)換延遲和數(shù)學(xué)運(yùn)算。這使其成為自動壓力傳感器監(jiān)測的理想設(shè)備。

審核編輯：郭婷

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