【導讀】壓力變送器是許多工業設備中用於控製工業過程和壓力變化的重要元件，可用於測量壓力
、液位、流速、密度等。通常，變送器可采用電池、線路電源、環路電源供電，並包括電源
、信號調理、ADC
、處理器、顯示器、鍵盤、通訊等模塊。目前變送器市場熱度高漲，HART
、PROFIBUS、Modbus
、IO-Link等最新技術也被引入應用中，使得應用場景得到了跨越式發展。那要如何設計出適當的變送器係統呢？

技術型授權代理商Excelpoint世健的工程師Nathan Xiao介紹了ADI的模擬變送器、數字化變送器、智能變送器等不同類型的方案特性，並推薦了產品組合方案，包括精密放大器、精密基準電壓源、精密模數轉換器和低功耗微處理器等。

一、模擬變送器方案

早期變送器采用了純模擬的信號鏈
，采用4-20mA環路供電方式
，環路需要同時提供電源和數據，並且係統回路的工作電流必須小於4mA。在實際設計中，電路功耗小於或等於3.6 mA是比較典型的目標值
，ADI的CN0289參考設計就是典型的純模擬信號鏈。

圖1.CN0289 4-20 mA環路供電壓力變送器

該電路有三個重要的電路級：傳感器激勵驅動、傳感器輸出放大器和電壓-電流轉換器。傳感器激勵可通過跳線切換電壓

、電流驅動
，傳感器最大驅動電流為2mA。傳感器輸出采用帶寬為39.6 kHz的共模濾波器(4.02 kΩ、1 nF)以及帶寬為2 kHz的差模濾波器(8.04 kΩ、10 nF)濾波；AD8226是理想的儀表放大器選擇，因為它具有低增益誤差(0.1%
，B級)
、低失調(G = 50時58μV，B級；G = 50時112μV，A級)
、出色的增益非線性度(75 ppm = 0.0075%)以及軌到軌輸出特性。

圖2.環路供電壓力傳感器信號調理電路（未顯示所有連接和去耦）

ADI的精密儀表放大器AD620/623/627也在該模擬信號鏈中被用於前級微弱信號的放大。同時，AD8422也正在被越來越多的客戶采用。它是AD620發展到第三代的產品，采用了最新的工藝和設計技術，比曆代產品具有更高的動態範圍和更低的誤差，功耗降至三分之一。

chunmonixinhaoliantigongleyizhongjiandandedichengbenjiejuefangan。buguo，gaifanganwufaxianxinghua，yebutigongwenduxiaozhunhezhenduangongneng
，chuanganqihuoshuchufanweiderenhebianhuayexuyaobiandongyingjian。

二、數字化變送器方案

數字化變送器采用高度集成的處理器電路，可對信號進行線性化校準

、溫度補償，彌補了模擬變送器在線性度、溫漂等諸多方麵的不足，大大提高了壓力變送器在全溫區的精度等級。ADA4558提供了符合LIN2.1標準接口的解決方案
，MAX1452提供了工業級、汽車級的解決方案，MAX40109作為MAX1452的升級產品也即將推出。

圖3.MAX40109功能框圖

MAX40109是一款高度集成的單芯片解決方案，在MAX1452基礎上增加並優化了許多專用功能：

表1. MAX40109、MAX1452功能比較

1、傳感器零點校準：通過16位DAC，在PGA前端提供了最大±90mV/V校準
，可將傳感器信號調節至真零；

2
、PGA：壓力通道的PGA可在5-2520間設置，基於傳感器的零點校準功能

，2520倍的放大帶來更大的動態信號範圍；

3、測溫：可通過電橋或外部測溫器件兩種方式獲取溫度信息，方便係統進行溫度補償；

4
、MTP：存儲器可編程40次
，相對於其他的OTP產品具有了更大的優勢；

圖4.傳感器校準框圖

5
、4P4T：小型數字信號處理器（DSP）用於處理轉換後的傳感器數據以及溫度和非線性校正

，最多可實現4P4T的校準，可去除陶瓷補償板以節省係統成本；

6
、供電範圍：相對於其他產品，MAX40109具有更寬的供電範圍(3V-36V)，可進一步簡化設計、減少外圍器件數量。

圖5.MAX40109 EVKit GUI

ADI同時也提供基於MAX40109 Demo的單套標定軟件
，方便用戶進行快速評估。

三、智能變送器方案

隨著自動檢測與控製技術的不斷發展
，對變送器的測量精度、信號傳輸距離
、輸出信號的多元化功能等提出了更高的要求，產品更趨向於信息化、係統化、網絡化。

ADI公司提供種類豐富的高集成度
、超低功耗且安全可靠的基於Arm®的微控製器，並提供多種存儲器大小
、內核和外設選擇，幫助工程師靈活設計現場儀器。ADuCM360係列微控製器具備超強模擬性能；新款MAX32675包含穩健可靠的安全特性。集成BLE5的MAX32680是在過程設備中實現Bluetooth®連接的出色選擇。

1、ADuCM360

圖6.CN0267 4-20mA環路供電解決方案

CN0267是基於ADuCM360設計的具有HART接口的完整4-20mA環路供電解決方案，該電路已通過兼容性測試和驗證，並通過了HART通信基金會(HCF)的注冊。這一成功注冊可讓電路設計人員極其放心地使用電路中的一個或全部元件。

圖7.具有HART接口的4-20mA環路供電解決方案框圖

該電路使用了超低功耗精密模擬微控製器ADuCM360、16位環路供電數模轉換器AD5421，以及業界功耗極低
、尺寸極小的HART兼容型IC調製解調器AD5700。

圖8.ADuCM360內部功能框圖

ADuCM360集成了雙通道、24位Σ-Δ型模數轉換器，同時還集成了可編程增益儀表放大器、精密帶隙基準電壓源
、可編程電流源等。支持直接與多個模擬傳感器對接
，如壓力傳感器電橋
、電阻式溫度傳感器
、熱電偶以及工業用途的其它各類傳感器。由於可用於幾乎所有的傳感器現場儀器，這款解決方案並不局限於溫度補償型的壓力測量。

2、MAX32675

圖9.MAX32675功能框圖

圖10.MAX32675變送器應用框圖

MAX32675是一款基於Cortex®-M4F、具有強大安全功能的低功耗微控製器，除了具備ADuCM360的高性能模擬前端外
，內部增加了HART模塊
，在功耗
、Flash等方麵也有了進一步的提升，是一款更高性價比的智能變送器解決方案。

表2.MAX32675、ADuCM360參數比較

3、EPSH-SPTMX75-2W

圖11.EPSH-SPTMX75-2W

為了便於用戶評估MAX32675在兩線製壓力變送器方麵的性能，Excelpoint世健技術團隊設計了參考方案 EPSH-SPTMX75-2W，通過硬件平台及傳感器線性補償算法等軟件，配合PC端的調試軟件GUI對變送器進行出廠前的調試
、參數設置。降低了單片機和軟件平台開發的難度
，縮短客戶開發時間，加速客戶產品上市周期。

表3.MAX32675恒流源測試

恒流供電型的壓力變送器對溫漂指標較為關注，在EPSH-SPTMX75-2W方案上，現場進行了恒流源溫漂的實際測量，最終溫漂參數為33ppm/℃。

表4.1MPa測試數據

表5.10kPa/100kPa/3MPa測試數據

測量精度方麵
，使用EPSH-SPTMX75-2W方案在1MPa量程上進行了多種激勵電流和PGA放大倍數的測試，綜合精度均小於0.05%；同時在10kPa
、100kPa、3MPa多種量程上，采用固定600uA激勵
、32倍PGA放大倍數下進行了測試，由於壓力源問題在10kPa和100kPa量程處誤差偏大。

4、其他智能化產品

在(zai)整(zheng)個(ge)工(gong)廠(chang)內(nei)進(jin)行(xing)先(xian)進(jin)及(ji)高(gao)水(shui)平(ping)的(de)工(gong)業(ye)連(lian)接(jie)是(shi)數(shu)字(zi)化(hua)轉(zhuan)型(xing)的(de)基(ji)石(shi)。沒(mei)有(you)工(gong)業(ye)連(lian)接(jie)，則(ze)無(wu)法(fa)提(ti)供(gong)可(ke)靠(kao)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)將(jiang)大(da)量(liang)工(gong)業(ye)數(shu)據(ju)轉(zhuan)化(hua)為(wei)洞(dong)察(cha)力(li)，從(cong)而(er)做(zuo)出(chu)明(ming)智(zhi)的(de)決(jue)策(ce)，最(zui)終(zhong)實(shi)現(xian)更(geng)好(hao)的(de)業(ye)務(wu)產(chan)出(chu)和(he)行(xing)業(ye)顛(dian)覆(fu)。新(xin)一(yi)代(dai)工(gong)業(ye)連(lian)接(jie)將(jiang)資(zi)產(chan)和(he)技(ji)術(shu)連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)，形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)高(gao)效(xiao)、有彈性且靈活的生態係統，可以輕鬆適應獨特的製造需求並兼顧未來趨勢。

圖12.工業4.0連接

IO-Link®技術可促使傳統傳感器轉變為智能傳感器
，讓實時可配置的工廠車間成為現實。ADI公司的IO-Link主機和器件收發器產品係列非常強大且高度靈活，有助於將一些智能功能從PLC轉移到更靠近工廠車間的傳感器。高度集成且穩健可靠的MAX22513 IO-Link器件收發器內置了一個高效率DC-DC降壓調節器，功耗降低了50%，同時體積僅為其他雙通道解決方案的50%。除此之外，MAX14819/MAX14819A IO-Link主機收發器還集成了UART幀處理器
，因而無需外部UART
，減少了係統微控製器的寶貴開銷。

圖13.IO-Link連接示意

低功耗10BASE-T1L MAC PHY和配套的ADIN1100 PHY正在推動向無縫連接現場設備的過渡，並通過1.7km的單對以太網(SPE)電纜將以太網APL一直延伸到過程智能邊緣。MAC PHY支持通過SPI連接各種主機控製器，從而實現較低功耗的係統設計和優化型係統分區。下表為應用於壓力變送器的ADI特色器件。

表6.ADI變送器應用特色產品

工業4.0已經到來
，借助邊緣到雲計算

、分析、軟件可配置係統等方麵的重大技術進步，有望極大地提高生產力、靈活性和安全性。壓力變送器向以太網的過渡將會逐步進行，同時傳統的4 mA至 20 mA模擬連接仍會繼續使用。ADI公司能提供全麵的產品組合方案，Excelpoint世健提供相關技術指導和支持，幫助客戶立足眼前
、麵向未來
，以更智能方式和更快速度向前邁進。

關於世健——亞太區領先的元器件授權代理商

世健是完整解決方案的供應商
，為亞洲電子廠商包括原設備生產商（OEM）、原設計生產商（ODM）和電子製造服務提供商（EMS）提供優質的元器件、工程設計及供應鏈管理服務。多次被權威雜誌和行業機構列入全球領先分銷商榜單。

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世健擁有超過35年曆史
、逾700名員工，業務擴展至亞太區的49個城市和地區，遍及新加坡、馬來西亞、泰國、越南、中國、印度、印度尼西亞、菲律賓及澳大利亞等十多個國家。1993年
，世健在香港設立區域總部——世健係統（香港）有限公司，正式開始發展中國業務。目前，世健在中國擁有十多家分公司和辦事處，遍及中國主要大中型城市。憑借專業的研發團隊、頂尖的現場應用支持以及豐富的市場經驗，世健在中國業內享有領先地位。

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