压力变送器信号处理芯片及电容式差压压力变送器的制造方法
【专利摘要】一种压力变送器信号处理芯片，含有电容频率转换电路，其将与压力对应的电容信号在外围电路的配合下转化为与压力对应的频率信号。一种应用压力变送器信号处理芯片的压力变送器，包括差压电容传感器、外围电路和压力变送器信号处理芯片。本发明的压力变送器信号处理芯片及应用其的电容式差压压力变送器结构简单，操作方便，能够将压力变化转化为电容变化再转化为频率变化，使压力变送器输出的信号能够更好地被计算机兼容。
【专利说明】压力变送器信号处理芯片及电容式差压压力变送器
【技术领域】
[0001]本发明涉及变送器，特别涉及一种压力变送器信号处理芯片及应用其的电容式差压压力变送器。
【背景技术】
[0002]由于压力变送器信号处理芯片的技术基本被国外企业垄断，目前国内的压力变送器生产商大多从国外购买压力变送器信号处理芯片，然后设计周边电路组成压力变送器产品再销售，利润率较低。正因如此，国内变送器的生产企业的发展被大大的限制，始终处于被动和落后的状态。所以，尽快提出一种属于国内自主研发的压力变送器信号处理芯片并将其应用于生产中成为了解决行业障碍、突破技术壁垒的关键之举。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的缺陷，提供一种电路结构简单实用的压力变送器信号处理芯片及应用其的电容式差压压力变送器。
[0004]一种压力变送器信号处理芯片，含有电容频率转换电路，其将与压力对应的电容信号在外围电路的配合下转化为与压力对应的频率信号。
[0005]在一实施例中，所述压力变送器信号处理芯片包括电源输入脚、电源地引脚、传感器输入引脚、参考电压输入引脚、反馈信号输入引脚和频率信号输出引脚。所述电容频率转换电路包括比较器，所述比较器的正相输入端和反相输入端分别连接所述传感器输入引脚和参考电压输入引脚，其电源端连接电源输入脚，其接地端连接电源地引脚，其输出端连接反馈信号输入引脚和频率信号输出引脚。
[0006]优选的，所述压力变送器信号处理芯片包括两个电容频率转换电路和一个用于使能所述两个电容频率转换电路中至少一个的输入通道选择电路。
[0007]优选的，芯片引脚包括电源输入脚、电源地引脚、第一传感器输入引脚、第二传感器输入引脚、参考电压输入引脚、第一反馈信号输入引脚、第二反馈信号输入引脚、传感器输入通道选择引脚和频率信号输出引脚；每个电容频率转换电路均包括一比较器，输入通道选择电路包括三个与非门和一反相器。其中第一、第二比较器的反相输入端相互连接后与参考电压输入引脚相连，它们的正相输入端分别接第一和第二传感器输入引脚，它们的电源端连接电源输入脚，它们的接地端连接电源地引脚，它们的输出端分别连接第一与非门的两个输入端；第一和第二比较器的输出端还分别连接与第二和第三非门的一个输入端；第一与非门的输出端连接所述频率信号输出引脚。所述传感器输入通道选择引脚通过所述反相器与第二与非门的另一输入端相连，其还与第三与非门的另一输入端相连；第二和第三与非门的输出端分别与所述第一和第二反馈信号输入引脚相连。
[0008]作为一种实施方式，所述的压力变送器信号处理芯片还包括一第二传感器输入通道选择引脚，其通过一缓冲器与所述传感器输入通道选择引脚相连。
[0009]优选的，所述的压力变送器信号处理芯片还包括一用于将所述频率信号进行分频后输出的分频输出电路，所述分频输出电路包括393计数器，其第一时钟引脚与连接所述频率信号输出引脚，其两个清零引脚均接地，其多个输出引脚分别用于输出基于所述频率信号输出引脚输出信号的多个分频信号，其电源端连接电源输入脚，其接地端连接电源地引脚。
[0010]本发明还提供了一种应用上述压力变送器信号处理芯片的压力变送器，其包括差压电容传感器、外围电路和压力变送器信号处理芯片。所述外围电路包括二个反馈电阻和三个参考电阻。所述差压电容传感器的高压测量膜片引脚与所述压力变送器信号处理芯片的第一传感器输入引脚连接，所述压力变送器信号处理芯片第一反馈信号输入引脚通过一反馈电阻与所述高压测量膜片引脚连接。所述差压电容传感器的低压测量膜片引脚与所述压力变送器信号处理芯片的第二传感器输入引脚连接，所述压力变送器信号处理芯片的第二反馈信号输入引脚通过另一反馈电阻与所述低压测量膜片引脚连接。所述压力变送器信号处理芯片的参考电压引脚通过第三参考电阻与电源连接，参考电压引脚还通过第一参考电阻接地。压力变送器信号处理芯片的频率信号输出引脚通过第二参考电阻与所述参考电压引脚连接。
[0011]其中，所述传感器输入通道选择引脚悬空。
[0012]优选的，所述压力变送器信号处理芯片还包括一用于将所述频率信号进行分频后输出的分频输出电路，所述分频输出电路包括393计数器，其第一时钟引脚与连接所述频率信号输出引脚，其两个清零引脚均接地，其多个输出引脚分别用于输出基于所述频率信号输出引脚输出信号的多个分频信号，其电源端连接电源输入脚，其接地端连接电源地引脚
本发明的压力变送器信号处理芯片及应用其的电容式差压压力变送器结构简单，易于制造，能够将压力变化转化为电容变化再转化为频率变化，使压力变送器输出的信号能够更好地被计算机兼容，对于打破国外企业在本领域设下的技术壁垒有突出的贡献。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明第一种实施例中的压力变送器信号处理芯片的芯片引脚图。
[0014]图2为本发明第一种实施例中的压力变送器信号处理芯片的内部电路图。
[0015]图3为本发明第一种实施例中的压力变送器信号处理芯片的应用电路图。
[0016]图4为本发明第二种实施方案的压力变送器信号处理芯片的芯片引脚图。
[0017]图5为本发明第二种实施方案的压力变送器信号处理芯片的内部电路图。
[0018]图6本发明一实施例中压力变送器的电路原理图。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合附图对本发明的压力变送器信号处理芯片及应用其的电容式差压压力变送器作进一步的描述。
[0020]本发明的压力变送器信号处理芯片的功能是将接收到的电容信号转换为频率信号输出。具体的，该芯片包括一电容频率转换电路，其用于将与压力对应的电容信号在外围电路的配合下转化为与压力对应的频率信号。
[0021]实施例一: 如图1所示，该压力变送器信号处理芯片包括10个引脚，具体为电源地引脚GND(引脚号为1)，反馈信号输入引脚FBO (引脚号为2)，传感器输入引脚INO (引脚号为3)，参考电压输入引脚VR (引脚号为6)，频率信号输出引脚OUTl、OUT8、OUT16、OUT32、OUT64 (引脚号分别为7、8、9、10和11)和电源输入脚VCC。其中，引脚OUT8、OUT16、0UT32、0UT64分别为对引脚OUTl输出的信号进行8分频、16分频、32分频和64分频后进行输出的引脚。
[0022]如图2所示，该压力变送器信号处理芯片的内部电路包括用做电容频率转换电路的比较器U82A和用于进行分频以实现多种频率输出的计数器U83。比较器U82A的正相输入端和反相输入端分别连接传感器输入引脚INO和参考电压输入引脚VR，其电源端连接电源输入脚VCC，其接地端连接电源地引脚GND。比较器的输出端连接反馈信号输入引脚FBO和频率信号输出引脚0UT1，同时还与计数器U83的第一时钟引脚ICLK相连。
[0023]计数器U83采用二进制计数器393系列芯片，例如74LS393。本实施例中，计数器U83的第一时钟引脚ICLK与比较器U82A的输出端相连，其两个清零引脚ICLR和2CLR均接地，输出引脚1QC、1QD、2QA、2QB分别接频率信号输出引脚0UT8、0UT16、0UT32、0UT64，其电源端连接电源输入脚VCC，其接地端连接电源地引脚GND。此外，计数器U83的第二时钟引脚2CLK连接其输出引脚1QD。采用计数器U83对比较器输出的频率信号进行分频是为了适应不同的电路需求。
[0024]在一实际应用中，如图3所示，由电容传感器(其输出端标为Cl)、反馈电阻R1、电阻R3、R4和R5组成的外围电路配合压力变芯片芯片，构成一 RC自振荡电路，从而使芯片频率信号输出引脚输出计算机可识别的、且频率与电容传感器的输出电容相关的方波信号。
[0025]实施例二:
如图4所示，本实施例中的压力变送器信号处理芯片比实施例一中的芯片多4个引脚，共有14个引脚。比实施例一中的压力变送器信号处理芯片多出来的引脚为第二反馈信号输入引脚FBl (引脚号为5)，第二传感器输入引脚INl (引脚号为4)，以及两个传感器输入通道选择引脚SWCO和SWCl。
[0026]如图5所示，该压力变送器信号处理芯片的内部电路与实施例一相比采用了两个电容频率转换电路、一个输入通道选择电路和一作为分频部的计数器U83。
[0027]其中，第一电容频率转换电路包括比较器U82A (为描述方便，以下称为第一比较器)，第二电容频率转换电路包括第二比较器U82B，输入通道选择电路包括三个与非门U81B、U81C、U81D、一个反相器U86B和一个缓冲器U17A。
[0028]第一比较器U82A、第二比较器U82B的反相输入端相互连接后与参考电压输入引脚VR相连，它们的正相输入端分别接传感器输入引脚INO和INl (也即第一和第二传感器输入引脚)，它们的电源端连接电源输入脚VCC，它们的接地端连接电源地引脚GND，它们的输出端分别连接与非门U81C的两个输入端3A和3B。第一和第二比较器U82A和U82B的输出端还分别连接与非门U81B的输入端2B和U81D的输入端4A。
[0029]与非门U81C的输出端3Y连接压力变送器信号处理芯片的频率信号输出引脚OUTl及计数器U83的第一时钟引脚1CLK。缓冲器U17A的输入端连接传感器输入通道选择引脚SWC0，其输出端连接反相器U86B的输入端和与非门U81D的输入端4B。反相器U86B的输出端和与非门U81B的输入端2A相连，其输入端还连接传感器输入通道选择引脚SWC1。与非门U81B和U81D的输出端分别接反馈信号输入引脚FBO和FBI。[0030]在实际应用中，所述压力变送器信号处理芯片的传感器输入引脚INO和INl中的至少一个连接电容传感器，再配合外围电路，与其内部的比较器共同形成RC自振荡电路，产生与电容传感器的输出信号相关的频率信号。通常情况下传感器输入通道选择引脚SWCl处于悬空状态(当后续扩展连接隔离电路时可用到)，对于传感器输入通道的选择由传感器输入通道选择引脚SWCO控制。当传感器输入通道选择引脚SWCO置O时，压力变送器信号处理芯片的第一电容频率转换电路工作，即芯片输出来自第一比较器U82A的信号。当传感器输入通道选择引脚SWCO置I时，所述压力变送器信号处理芯片的第二电容频率转换电路工作，即芯片输出来自第二比较器U82B的信号。当传感器输入通道选择引脚SWCO悬空时，所述压力变送器信号处理芯片的两个电容频率转换电路同时工作，此时外部电路可以连接差压电容传感器。
[0031 ] 下面结合附图5和附图6对应用上述压力变送器信号处理芯片的差压电容压力变送器做进一步地说明。
[0032]一种应用压力变送器信号处理芯片的压力变送器，其结构原理如图6所示，其包括差压电容传感器111、外围电路112和压力变送器信号处理芯片113。
[0033]如上述所述的压力变送器，其外围电路中包含五个电阻Rl、R2、R3、R4和R5，分别是二个反馈电阻和三个参考电阻。压力变送器信号处理芯片采用实施例二中的压力变送器信号处理芯片。
[0034]具体的，所述差压电容传感器的高压测量膜片引脚CH与压力变送器信号处理芯片的传感器输入引脚INO连接，压力变送器信号处理芯片的反馈信号输入引脚FBO通过第一反馈电阻Rl与高压测量膜片引脚CH连接。差压电容传感器的低压测量膜片引脚CL与压力变送器信号处理芯片的传感器输入引脚INO连接，压力变送器信号处理芯片的反馈信号输入引脚FBl通过第二反馈电阻R2与所述低压测量膜片引脚CL连接。
[0035]压力变送器信号处理芯片的参考电压引脚VR通过第三参考电阻R5与电源VCC连接，参考电压引脚VR还通过第一参考电阻R3接地。压力变送器信号处理芯片的信号输出引脚OUT通过第二参考电阻R4与所述参考电压引脚VR连接。
[0036]该压力变送器配合差压电容传感器使用，所以所述变送器芯片的传感器输入通道选择引脚SWCO和辅助传感器输入通道选择引脚SWCl均处于悬空状态。
[0037]工作时，压力作用于差压电容传感器上，差压电容传感器因自身特点输出高压电容变化信号和低压电容变化信号。所述高压电容变化信号传输到所述传感器输入端FBO，所述低压电容变化信号传输到传感器输入端FBl ;所述压力变送器信号处理芯片在外围电路的配合下，分别将高压电容变化信号和低压电容变化信号转化成两个振荡信号，由所述压力变送器信号处理芯片内部对两个信号的处理并转化，最终输出一个方波信号，所述方波信号的频率与差压电容传感器输出信号相关。
[0038]本发明的压力变送器信号处理芯片及应用其的电容式差压压力变送器结构简单，易于制造，能够将压力变化转化为电容变化再转化为频率变化，使压力变送器输出的信号能够更好地被计算机兼容，对于打破国外企业在本领域设下的技术壁垒有突出的贡献。
[0039]上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1.一种压力变送器信号处理芯片，其特征在于:所述压力变送器信号处理芯片含有电容频率转换电路，其将与压力对应的电容信号在外围电路的配合下转化为与压力对应的频率信号。
2.如权利要求1所述的一种压力变送器信号处理芯片，其特征在于:其包括电源输入脚、电源地引脚、传感器输入引脚、参考电压输入引脚、反馈信号输入引脚和频率信号输出引脚；所述电容频率转换电路包括比较器，所述比较器的正相输入端和反相输入端分别连接所述传感器输入引脚和参考电压输入引脚，其电源端连接电源输入脚，其接地端连接电源地引脚，其输出端连接反馈信号输入引脚和频率信号输出引脚。
3.如权利要求1所述的一种压力变送器信号处理芯片，其特征在于:所述压力变送器信号处理芯片包括两个电容频率转换电路和一个用于使能所述两个电容频率转换电路中至少一个的输入通道选择电路。
4.如权利要求3所述的一种压力变送器信号处理芯片，其特征在于:芯片引脚包括电源输入脚、电源地引脚、第一传感器输入引脚、第二传感器输入引脚、参考电压输入引脚、第一反馈信号输入引脚、第二反馈信号输入引脚、传感器输入通道选择引脚和频率信号输出引脚；每个电容频率转换电路均包括一比较器，输入通道选择电路包括三个与非门和一反相器； 其中第一、第二比较器的反相输入端相互连接后与参考电压输入引脚相连，它们的正相输入端分别接第一和第二传感器输入引脚，它们的电源端连接电源输入脚，它们的接地端连接电源地引脚，它们的输出端分别连接第一与非门的两个输入端；第一和第二比较器的输出端还分别连接与第二和第三非门的一个输入端；第一与非门的输出端连接所述频率信号输出引脚； 所述传感器输入通道选择引脚通过所述反相器与第二与非门的另一输入端相连，其还与第三与非门的另一输入端相连；第二和第三与非门的输出端分别与所述第一和第二反馈信号输入引脚相连。`
5.如权利要求4所述的一种压力变送器信号处理芯片,其特征在于:还包括一第二传感器输入通道选择引脚，其通过一缓冲器与所述传感器输入通道选择引脚相连。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的一种压力变送器信号处理芯片,其特征在于:还包括一用于将所述频率信号进行分频后输出的分频输出电路，所述分频输出电路包括393计数器，其第一时钟引脚与连接所述频率信号输出引脚，其两个清零引脚均接地，其多个输出引脚分别用于输出基于所述频率信号输出引脚输出信号的多个分频信号，其电源端连接电源输入脚，其接地端连接电源地引脚。
7.一种应用权利要求4所述压力变送器信号处理芯片的压力变送器，其特征在于:包括差压电容传感器、外围电路和压力变送器信号处理芯片；所述外围电路包括二个反馈电阻和三个参考电阻；所述差压电容传感器的高压测量膜片引脚与所述压力变送器信号处理芯片的第一传感器输入引脚连接，所述压力变送器信号处理芯片第一反馈信号输入引脚通过一反馈电阻与所述高压测量膜片引脚连接；所述差压电容传感器的低压测量膜片引脚与所述压力变送器信号处理芯片的第二传感器输入引脚连接，所述压力变送器信号处理芯片的第二反馈信号输入引脚通过另一反馈电阻与所述低压测量膜片引脚连接；所述压力变送器信号处理芯片的参考电压引脚通过第三参考电阻与电源连接，参考电压引脚还通过第一参考电阻接地；压力变送器信号处理芯片的频率信号输出引脚通过第二参考电阻与所述参考电压引脚连接。
8.如权利要求7所述的压力变送器，其特征在于:所述传感器输入通道选择引脚悬空。
9.如权利要求8所述的压力变送器，其特征在于:所述压力变送器信号处理芯片还包括一用于将所述频率信号进行分频后输出的分频输出电路，所述分频输出电路包括393计数器，其第一时钟引脚与连接所述频率信号输出引脚，其两个清零引脚均接地，其多个输出引脚分别用于输出基于所述频率信号输出引脚输出信号的多个分频信号，其电源端连接电源输入脚，其接地端连接电源地引脚。
【文档编号】G01L1/14GK103674352SQ201310696494
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】李平 申请人:惠州盛太克仪表有限公司