本发明涉及压力检测领域，特别是涉及一种压力传感器的信号调理电路。
背景技术
压力传感器的采集过程需要将压力信号转换为易传输与处理的电信号，通常压力传感器输出的微小信号需通过后续的电路进行信号调理后，才能得到满足要求的压力检测电信号。信号调理包括温度误差补偿，失调补偿，信号放大与平移等技术。比如大多数传感器的敏感原件均采用金属或半导体材料，其特性与环境温度有着密切的关系，一般微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem，mems)传感器的桥电阻温漂系数约为0.34％/℃，而在实际应用中，由于压力传感器的工作环境温度变化又较大，这就给测量结果带来误差，所以需要给压力传感器加上温度误差补偿。
现有技术中，如图1所示，传感器的输出信号会输送给数字专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits，asic)芯片的可编程放大器(pmgrammablegainamplifier，pga)模块进行信号平移与前置放大，然后和温度检测信号一同经过多路复用器(multiplexer，mux)传送给模数转换器(analog-to-digitalconverter，adc)模块，adc将它们转换成数字量，然后校准处理模块(calibrationprocessingmodule，cmc)读取电可擦可编程只读存储器(electricallyerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)的补偿参数并通过特定算法对信号进行温度误差补偿以及失调补偿并做归一化处理，最后通过数模转换器(digital-to-analogconverter，dac)转换为模拟电压信号，经过缓冲放大器(bufferamplifier，bamp)输出压力检测电信号。但是这种方法需要用到专用的压力传感器asic芯片，会大大增加成本的投入，并且还会受到芯片厂商供货周期的影响。其次，芯片中会使用到adc与dac，每次转换(adc或dac)，均会损失精度，造成最终的输出偏差。另外，最终的输出电压信号通过asic的dac得到，这会增加输出纹波与噪声，若对低纹波的产品，还需增加额外的滤波电路。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种压力传感器的信号调理电路，以解决现有技术中数字asic进行信号调理，而导致的高成本，精度漂移，较高的输出纹波与噪声的问题。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种压力传感器的信号调理电路，包括压力传感器芯体以及串联的第一运算放大器和第二运算放大器，压力传感器芯体的差分信号正输出端连接至第一运算放大器的同相输入端，压力传感器芯体的差分信号负输出端连接至第二运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的反相输入端连接至第二运算放大器的反馈端，第一运算放大器的输出端为信号输出端。
本发明的压力传感器的信号调理电路通过运算放大器直接对压力传感器输出的差分信号进行放大与输出，中间没有经过数模的二次转换，因此能够避免数模之间的转换所造成的精度损失，提高信号输出的精度。同时，由于差分信号信息未进行模数或数模转换，因此可以降低数模转换过程中产生的输出波纹与噪声，提高信号准确度，降低输出干扰，同时，由于采用了常用的模拟元器件来代替复杂的asic数字芯片，因此可以有效降低成本，减少整体功耗。
附图说明
图1示意性示出了现有技术中的压力传感器的信号调理电路的原理结构图；
图2示意性示出了本发明实施例的压力传感器的信号调理电路的原理结构图；
图3示意性示出了本发明实施例的压力传感器的信号调理电路的电路图。
图中附图标记：1、压力传感器芯体；2、第一运算放大器；3、第二运算放大器；4、第一滑动变阻器；5、第一温度补偿电阻；6、耦合电阻；7、第一反馈电路；8、第二温度补偿电阻；9、第二反馈电路；10、第二滑动变阻器；11、第一反馈电阻；12、第三反馈电路；13、第二反馈电阻。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请参考图1至图3所示，根据本发明的实施例，压力传感器的信号调理电路包括压力传感器芯体1以及串联的第一运算放大器2和第二运算放大器3，压力传感器芯体1的差分信号正输出端b连接至第一运算放大器2的同相输入端，压力传感器芯体1的差分信号负输出端a连接至第二运算放大器3的同相输入端，第一运算放大器2的反相输入端连接至第二运算放大器3的反馈端，第一运算放大器2的输出端为信号输出端。
该信号调理电路通过运算放大器直接对压力传感器输出的差分信号进行放大与输出，中间没有经过数模的二次转换，因此能够避免数模之间的转换所造成的精度损失，提高信号输出的精度。同时，由于差分信号信息未进行模数或数模转换，因此可以降低数模转换过程中的输出波纹与噪声，提高信号准确度，降低输出干扰，同时，由于采用了常用的模拟元器件来代替复杂的asic数字芯片，因此可以有效降低成本，减少整体功耗。
优选地，第二运算放大器3的反相输入端还连接有用于进行零位输出调节的第一滑动变阻器4和用于进行温度偏移补偿的第一温度补偿电阻5。其中第一滑动变阻器4一端与电源连接，可以补偿零位输出失调，保证信号的输出电压的准确性，第一温度补偿电阻5的一端接地，可以补偿传感器输出中的温度系数零位失调，从而在温度变化情况下改变零压情况下的输出偏置电压，对传感器在不同温度下的零压失调进行补偿。
优选地，第二运算放大器3的反相输入端还连接有用于进行零位输出调节的第一滑动变阻器4和用于进行温度偏移补偿的第一温度补偿电阻5，第一滑动变阻器4和第一温度补偿电阻5串联设置。在电路中同时设置第一滑动变阻器4和第一温度补偿电阻5，可以同时对输出电压的零位输出失调以及温度系数零位失调进行补偿，提高输出电压的准确性。
第二运算放大器3的反相输入端还连接有耦合电阻6，第一滑动变阻器4和第一温度补偿电阻5并联后与耦合电阻6串联。耦合电阻6可以消除由于引入第一滑动变阻器4和第一温度补偿电阻5的补偿电路对传感器的差分信号负输出端的影响，并且将补偿电路的偏置电压直接叠加在最终的输出信号上，即vout1(第一运算放大器的输出电压)＝放大倍数*(差分信号正输出-差分信号负输出)+补偿电压。
优选地，第一运算放大器2的输出端和反相输入端之间连接有第一反馈电路7，第一反馈电路7上串联有用于对温度系数灵敏度进行补偿的第二温度补偿电阻8。第二温度补偿电阻8可以对传感器输出中的温度系数灵敏度进行补偿，从而保证在不同温度下传感器的温度灵敏度。
优选地，第二运算放大器3的输出端与反相输入端之间设置有第二反馈电路9，第二反馈电路9上设置有用于满量程灵敏度调节的第二滑动变阻器10，第一运算放大器2的反相输入端连接在第二滑动变阻器10与第二运算放大器3的输出端之间。第二滑动变阻器10可以对传感器的满量程电压灵敏度进行补偿，从而在传感器芯体满压输出时，仍然可以有效保证传感器产品输出电压的精准度。
优选地，第二反馈电路9上还设置有第一反馈电阻11，第一反馈电阻11设置在第二滑动变阻器10与第二运算放大器3的输出端之间，第一运算放大器2的反相输入端连接在第二滑动变阻器10与第一反馈电阻11之间。第一反馈电阻11可以起到信号放大作用，从而能够提高传感器电压调节的准确性。
优选地，第二运算放大器3的输出端与反相输入端之间还设置有第三反馈电路12，第三反馈电路12上设置有与第二滑动变阻器10并联的第二反馈电阻13。第二反馈电阻13也可以起到信号放大作用，从而能够进一步提高传感器电压调节的准确性。第一反馈电阻11与第二反馈电阻13需要选择型号相同的电阻，由于第二运算放大器3的引入，会在最终的输出电压上叠加上第二运算放大器3的输出电压，并且此电压为不可控电压，即vout1＝放大倍数*(差分信号正输出-差分信号负输出)+补偿电压+放大倍数*k(放大系数)*vout2(第二运算放大器3的输出电压)，而第一反馈电阻11与第二反馈电阻13的引入可以消去这部分电压(放大倍数*k*vout2)，从而提高输出电压的准确性与可调性。
此方案通过运算放大器与反馈电阻，实现信号的平移与放大；通过第一滑动变阻器4补偿零位输出失调，通过第二滑动变阻器10补偿满量程灵敏度；通过第一温度补偿电阻5补偿传感器输出中的温度系数零位失调，第二温度补偿电阻8补偿传感器输出中的温度系数灵敏度。第一滑动变阻器4与第一温度补偿电阻5组成电阻偏置网络，在零压常温(25度)下，调整第一滑动变阻器4的阻值，使偏置电压通过耦合电阻6叠加到输出电压上，使最终的输出电压为0.5v，在满压常温时，调整第二滑动变阻器10的阻值，使最终的输出电压为4.5v。温度变化时，第一温度补偿电阻5的电阻值也会跟着变化，从而改变零压情况下的输出偏置电压，来补偿传感器在不同温度下的零压失调；第二温度补偿电阻8随着温度的改变电阻值也会发生变化，电阻的改变会影响运算放大器的放大倍数，从而可以补偿不同温度下，传感器的灵敏度。
在本发明的上述实施例中，整个电路均采用模拟电路元器件，内部不存在数字噪声干扰，并且对于运算放大器来说，特有的电源电压抑制比(powersupplyrejectionratio，psrr)参数，理想情况下，会对电源纹波与噪声进行90db的衰减，可以进一步减少输出纹波与噪声。
在同样采用5v供电的条件下，现有技术中数字asic芯片的消耗电流约为5～6ma(例如zsc31150最大消耗电流为5.5ma)，产品的总消耗电流大约7～8ma；相较于数字asic方案，本发明实施例中的运算放大器消耗电流一般小于1ma(例如max4246最大消耗电流为0.7ma(单个运算放大器))，产品的总消耗电流大约3～4ma，功耗也可以降低一倍。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。