传感器可测量各种参数，如压力、温度、有毒气体pH值等，它们应用广泛，使工业处理更安全、更高效，成本也更低。不过，各种类型的传感器都有一组自己独有的特性，从而带来了一系列复杂的设计挑战。

　　工业处理中最常见的测量项之一就是温度。温度测量可以采用各种类型的传感器，包括热电偶、电阻温度探测器，以及热敏电阻等。

　　要测量最大范围的温度时，系统设计者通常会选择热电偶。例如，TypeC热电偶的测量温度范围达0℃~2320℃。热电偶的工作原理是基于Seebeck效应，即：如果两个相异的金属被放在一起，则产生的电压与结上的温度成正比。热电偶是双极器件，它会根据检测结(或“热”结)温度与参考结(或“冷”结)温度的相对关系，产生一个正的或负的电压。首先，你需要为热电偶加一个偏压，这样在单电源系统中都不会受限于地电势。然后，测量冷结的温度，就获得了要测的温度。热电偶有一个缺点，与其它温度传感器相比，它的精度有限，通常不到±1℃。

　　如果系统在一个较小范围内(例如660℃)需要更高的精度，则设计者可以用RTD来实现这种测量，它的精度可达±1℃以下。RTD是阻性元件，电阻值取决于其周边的温度。它们有双线、三线和四线结构。增加线数就可以增加精度。RTD需要一种电流源形式的激励。电流源的值通常为100μA~1mA，用于PT100(0℃时100Ω)和PT1000RTD(0℃时1000Ω)。

　　当精度要求提高到±0.1℃时，温度范围就要折衷到更小的范围(小于100℃)，此时可以用热敏电阻。与RTD类似，热敏电阻的电阻值也是随温度而变化。热敏电阻通常会接成一个电阻分压器结构，其中另一只电阻与热敏电阻有相同的标称值(25℃室温下的阻值)。热敏电阻的一端接至电源，另一端接另一只电阻，然后接地(图1)。探测温度时，测的是分压器中点的电压。可以预计，在25℃时的电阻为+V/2。如有偏差，则可以计算出热敏电阻的阻值，并用一个查找表确定出被测的环境温度。

　　总之，温度传感器都需要偏置(可以是电压或电流)。对于热电偶来说，需要做冷结补偿。LMP90100是一款24位传感器模拟前端(AFE)，它有四个差分或七个单端输入、两个匹配的可编程电流源，以及连续后台校准功能(图2)。这款集成的可配置芯片可解决各种与温度传感器有关的设计挑战。

　　采用Wheatstone桥电路的应变计与称重传感器常用于测量压力、力与重量。元件被施加任何应力或压力后，都会产生一个电阻变化，从而在传感器输出端出现一个电压差变化(图3)。这些传感器产生的电压很低，通常在毫伏范围。要获得最精确的测量，必须将这个小电压放大到数据转换器的整个动态范围内。可编程增益放大器(PGA)级可以与多个传感器相连接，有最好的灵活性。这一级应有低噪声、低偏移、低漂移的特性，以确保最佳的系统性能。

　　这些类型的传感器还需要一种偏置电压形式的激励。压力传感器有一种常见的不正确测量法，即桥在开路或短路情况下做测量。更难以探测的是因传感器损坏或随时间降级所导致的量程外信号。有一种方法能发现所有这些故障模式，就是加一个诊断电路。这种电路会在Wheatstone桥的梯形电阻网络中注入一个小电流，有时也称为“耗尽”(burnout)电流，然后再测量所获得的电压。

　　举例来说，如果桥的输出为相同电势(+V/2)，是表明测量计上没有压力吗？还是因为系统中有一个故障，使输出短路了？向其中一个差分输出注入电流，然后测量输出端之间的差分电压，就可以解答这个问题。正常工作情况下，差分电压是桥内电阻上的压降。但是，如果确实存在着短路，则压降很小或几乎没有压降。

　　简言之，Wheatstone桥传感器需要：一个激励电压、一个低噪声/偏移的PGA，以及诊断电路。LMP90100也非常适合用于这些类型的传感器。它对传感器做持续的后台传感器诊断，能够探测出开路、短路，以及超量程的信号。它采用在转换后再向某个通道内注入耗尽电流的方法，可以避免注入的耗尽电流干扰该通道的转换结果。诊断电路提供了连续的非侵入性故障检测，协助分析出故障的原因，并最大程度减少系统停机时间。（未完待续）

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