24 位模数转换器 SSP1220 在单晶硅压差传感器中的应用

压差传感器简介

压差传感器是一种广泛应用于工程、工业和科学领域的传感器，用于测量两个压力之间的差值。

（压力传感器）

其工作原理基于压力与压力之间的关系。

差压传感器通常由两个与被测介质相连的输入通道组成，用于测量被测介质中两个不同位置的压力。两个通道可以分开，也可以用薄膜或管道连接。

当被测介质的压力不同时，两个通道的压力也会不同。压差传感器测量两个通道中的压力差，并将其转换为相应的电子输出。

常用的压差传感器有基于压电效应的压电传感器和基于电阻效应的电阻传感器。

压电式压差传感器利用了压电材料的特性，当压力作用于被测介质时，压电材料会产生电荷。经过放大和转换后，电荷信号可用作压差传感器的输出信号。

电阻式压差传感器利用电阻的变化来测量压差。其中一种常见的电阻式压差传感器基于金属膜结构。当向被测介质施加压力时，金属膜会发生变形，从而改变电阻值。

通过测量电阻值的变化，可以获得差压传感器的输出信号。差压传感器通常精度高、响应快、测量范围宽。可广泛应用于气体、液体和固体压差测量，如气象压力测量、液位测量、风速测量等。

在低温工业中，压差传感器可用作储罐中的液位检测，如右图所示，根据压力公式，将一根导管引向储罐底部传感器的液相，再将一根导管引向顶部的气相：

p=ρgh，Δp = Pa-Pb= Δhρg、

这样，就可以根据密度计算出 H 高度，或转换成相应的毫米水柱。

以 X 厂家的产品为例，其内部使用的电路为电阻桥电路，输出电压范围为 60-160mv，对应范围为 0-20Kpa，每个 PASCAL 对应 5μV。

接线图如下：

（接线图）

在这里，我们使用 24 位 ADC SSP1220 采集电压数据，然后将其转换为相应的液位。

SSP1220 简介

SSP1220 是由 Siproin Microelectronics 开发设计的精密 24 位模数转换器。它具有以下特点：

• 两个差分输入或四个单端输入、
• 低噪声可编程增益放大器 (PGA)、
• 两个可编程激励电流源、
• 一个电压基准，一个振荡器、
• 一个低端开关和一个精密温度传感器。

SSP1220 能够以高达 2k SPS 的采样数据速率进行转换，并在单周期内保持稳定。对于嘈杂环境中的工业应用，数字滤波器可在 20SPS 的采样频率下抑制 50Hz 和 60Hz。

内部 PGA 的增益高达 128V/V。这使得 SSP1220 成为电阻式温度检测器 (RTDS)、热电偶、热敏电阻和电阻桥式传感器等小型传感器信号测量应用的理想之选。SSP1220 在使用 PGA 时支持伪差分或全差分信号的测量，也可配置为禁用内部 PGA，在禁用 PGA 的占空比模式下工作，功耗低至 120µA。

SSP1220 Thin Small Form Factor (TSSOP)-16 封装的额定工作温度范围为 -40°C 至 +125°C。

（SSP1220引脚图）

SSP1220 通过 SPI 与控制器通信。控制器工作在主动模式，芯片工作在从动模式。SSP1220 仅在模式 1 下工作，即 CPOL 设置为 0，CPHA 设置为 1。 (不支持其他模式）

在 SPI 模式 1 中，SCLK 在空闲状态下保持低电平，仅在 SCLK 上升沿传输或更改数据。主设备和从设备在 SCLK 下降沿锁存或读取数据。SPI 时序要求如下：

（串行接口时序要求）

参考电路设计

1.电源系统，输入电压 3.6-5.5V，这里使用 LDO 直接降压至 3V，参考电压为外部 2.5V。

（供电系统图）

2.SSP1220 采样电路

(SSP1220 采样图）

（接线图）

• V+ 连接到上桥臂 B+；
• V- 连接下桥臂 B-；
• S+ 连接到差分输入高端；
• S- 连接到差分输入的下端；

3.通过 MCU 和 485 电路，我们将数据转换为 485 输出

（485电路图）

4.实际测试数据

实践检验：

为了达到最佳精度，我们使用最小速率 20SPS 采样，可以看到在 100μV 的位置上有 10μV 左右的波动，实际上已经可以满足精度要求。