Amphenol AUAV雙壓力傳感器系列：無人機應用的精準之選

在無人機（UAV）應用領域，對傳感器的性能要求日益嚴苛，需要能夠在復雜環(huán)境下提供高精度的測量數據。Amphenol All Sensors推出的AUAV系列雙壓力傳感器，正是為滿足這些需求而精心打造的產品。本文將深入介紹AUAV系列傳感器的特點、性能、接口及應用等方面，為電子工程師在無人機設計中提供有價值的參考。

文件下載：Amphenol All Sensors AAV雙氣速和高度傳感器.pdf

一、產品概述

AUAV系列傳感器專為滿足無人機在商業(yè)、國防、消費和工業(yè)等多個市場的應用需求而設計，適用于各種類型的無人機，包括商用送貨無人機、高端戰(zhàn)術無人機、業(yè)余四軸飛行器以及下一代自主航空系統等。該系列傳感器將高精度的差壓和絕壓測量與先進的溫度補償和線性校正技術相結合，能夠在關鍵任務環(huán)境中實現精確穩(wěn)定的空速和高度測量。

電氣框圖

AAV框圖

二、產品特點與應用

特點

1. 高精度測量：能夠同時精確測量空速、高度和溫度，為無人機飛行提供全面的數據支持。
2. 寬溫度范圍：可在 -40°C 至 85°C 的寬溫度范圍內正常工作，適應各種惡劣環(huán)境。
3. 高分辨率輸出：采用 18 位高分辨率的 I2C 或 SPI 輸出接口，確保數據的準確性和可靠性。
4. 緊湊輕便設計：重量小于 1.5 克（典型值），采用表面貼裝設計，兼容 SMT 自動化組裝，有助于減輕無人機的重量和體積。
5. 可定制性強：可根據 OEM 應用需求進行完全定制，滿足不同用戶的特殊要求。

應用

廣泛應用于航空航天系統、國防無人機、商用無人機和無人航空系統（UAS）等領域。

三、技術參數

標準壓力范圍

最大額定值與環(huán)境規(guī)格

性能特性

四、電氣接口

I2C/SPI 電氣參數

壓力與溫度輸出傳遞函數

• 壓力輸出傳遞函數示例
  • 差壓：$Differential Pressure = 1.25 timesleft(frac{P_{dig}-2^{23}}{2^{24}}right) times Cal Range$
  • 絕壓：$Absolute Pressure = 250 mbar + 1.25 timesleft(frac{P_{dig}-left(0.1 × 2^{24}right)}{2^{24}}right) × 1000 mbar$
  • 其中，$P_{dig}$ 是經過擴展補償校正后的傳感器 24 位輸出，CalRange 是校準差壓范圍的 2 倍。
• 溫度輸出傳遞函數
  • $Temperature left(^{circ} Cright)=left(frac{ Tout _{dig } * 155}{2^{24}}right)-45$
  • 其中，Tout(dig) 是傳感器 24 位數字溫度輸出。

五、功能概述

AUAV 傳感器是一款數字傳感器，具有兩個獨立的信號路徑，每個路徑包括傳感元件、差分放大器、模數轉換器（ADC）、數字信號處理器（DSP）和支持 I2C 或 SPI 接口的 IO 塊。ADC 在測量周期內對原始傳感器信號（P）、溫度參考（T）和零參考（Z）進行轉換，DSP 接收轉換后的壓力和溫度信息，并應用多階傳遞函數對壓力輸出進行補償，包括跨度、偏移、溫度對跨度和偏移的影響以及二階溫度對偏移的影響等。

傳感器支持五種測量命令，可返回單個壓力/溫度讀數或 2、4、8 或 16 次讀數的平均值。每個命令將傳感器從空閑狀態(tài)喚醒到活動狀態(tài)，并啟動測量周期。測量完成后，可使用數據讀取命令讀取結果，此時 ADC 和 DSP 進入空閑狀態(tài)，IO 塊返回 7 字節(jié)的狀態(tài)和測量數據。

六、接口概述

I2C 接口

傳感器自動根據協議選擇 I2C 或 SPI 串行接口。若主機將 /SS 輸入設置為低電平（SPI 命令事務時），則 I/O 接口將配置為 SPI 通信，直到斷電；否則，一旦通過 I2C 接口接收到有效的設備地址和命令，I/O 接口將配置為 I2C 通信，直到斷電。

I2C 接口使用標準的信號序列進行通信，包括總線空閑（I）、起始條件（ST）、從機地址（An）、確認（A 或 N）、數據有效（Dn）和停止條件（P）等。

SPI 接口

SPI 接口的位序列和總線信號如圖所示，詳細的時序數據可參考接口時序圖。

七、接口時序圖

I2C 時序圖

SPI 時序圖

八、數字接口命令格式

測量命令

數據讀取與狀態(tài)讀取

• 數據讀取：I2C 為 7 字節(jié)讀取傳輸，SPI 主機需發(fā)送 7 字節(jié)數據讀取命令并讀取數據。
• 狀態(tài)讀取：I2C 為 1 字節(jié)讀取傳輸，SPI 主機需發(fā)送狀態(tài)讀取命令字節(jié)并讀取 1 字節(jié)。

內存讀取命令

用于從傳感器內部存儲器中檢索擴展補償系數，每個通道的內存映射不同。通過內存讀取請求和內存數據讀取操作來獲取系數值。

九、初始化與擴展補償

初始化說明

為確保傳感器在所有工作條件下可靠運行，建議進行以下系統設計步驟：

1. 對于 SPI 通信，上電后按特定信號序列操作以鎖定 SPI 接口。
2. 對每個通道進行單次讀取操作，發(fā)送 Start-Single 命令，延遲完成后讀取并丟棄結果。
3. 進行 EEPROM 讀取以獲取擴展補償系數，注意在高溫下的最大 EEPROM 讀取訪問時間。

擴展補償說明

AUAV 系列傳感器內部存儲器中包含擴展補償系數，系統設計人員可使用這些值對傳感器輸出數據進行額外的三階誤差校正調整和溫度補償，以提高壓力讀數的準確性。具體實現步驟包括讀取系數、進行線性校正和溫度補償等。

十、封裝與訂購信息

封裝圖紙與引腳布局

提供了詳細的封裝圖紙和引腳布局信息，方便工程師進行 PCB 設計。

產品標識

產品標識示例可幫助用戶準確識別產品。

訂購方式

通過特定的產品編號來訂購所需的 AUAV 系列傳感器，例如 AUAV-L05D-M25125-RR-N 表示具有特定壓力范圍和封裝選項的傳感器。

十一、應用建議

組裝建議

AUAV 設備為非密封型，應按照 IPC/JEDEC 標準 J-STD-020 分類 MSL-4 進行處理。SMT 組裝或其他高溫處理需在打開工廠密封包裝后 72 小時內完成，環(huán)境溫度 <30°C/60% RH。若超出此時間間隔，需在 125°C 下烘烤 24 小時。

評估套件

All Sensors 提供 AUAV 評估套件（EK-AUAV01），幫助設計工程師在開發(fā)過程早期評估傳感器性能。

應用筆記參考

可參考 AN-0019 空氣速度和高度計算應用筆記，獲取更多相關信息。

綜上所述，Amphenol AUAV 系列雙壓力傳感器以其高精度、緊湊輕便、可定制等優(yōu)點，為無人機應用提供了出色的解決方案。電子工程師在設計無人機系統時，可根據具體需求選擇合適的傳感器型號，并遵循相關的技術參數和應用建議，以確保系統的性能和可靠性。你在實際應用中是否遇到過類似傳感器的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。