本應用筆記討論了MAX11254在壓力傳感器應用中的卓越性能，這要歸功于其吸引人的特性，包括多個差分輸入通道、低噪聲、高內(nèi)部可編程增益放大器和低功耗。

介紹

壓力傳感器測量施加在單位區(qū)域（例如氣體、液體或床墊等特定平臺上的力體）的力。壓力傳感器充當傳感器，并產(chǎn)生與其所承受的力相對應的電壓電信號。該輸出電壓通常在毫伏范圍內(nèi)非常低。為了捕獲這種低壓信號，必須使用非常靈敏和精確的器件，如MAX11254模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。

MAX11254 ADC基本特性

MAX11254為6通道、24位Δ-Σ型ADC，性能出色，工作模式下僅消耗2.2mA電流，休眠模式下功耗僅為1μA。高達 64ksps 的采樣率可實現(xiàn)精確的直流測量。此外，內(nèi)部可編程增益差分放大器 （PGA） 噪聲僅為 6.2nV/√Hz，可編程范圍為 1 至 128，這使其成為測量輸出電壓信號極低的壓力傳感器的理想器件。

MAX11254的輸入?yún)⒖荚肼曉?0sps （0.81μVRMS）的低采樣速率下比在12.8ksps （10.8μVRMS）的高采樣速率下至少低13倍。表1給出了MAX11254數(shù)據(jù)資料中MAX11254在單周期轉(zhuǎn)換模式下的噪聲數(shù)據(jù)。

在表1中，LP為低功耗模式，LN為低噪聲模式。在LP模式下，該器件的功耗比低噪聲模式下低約1mA。然而，在LN模式下，該器件針對低噪聲性能進行了優(yōu)化，其折合到輸入端的噪聲電壓通常比低功耗模式下低40%。

根據(jù)表1中的噪聲數(shù)據(jù)，采樣速率越低，折合到輸入端的噪聲越低，這意味著信噪比（SNR）和信噪比加失真（SINAD）值越高。因此，根據(jù)以下等式，在低采樣率下，有效位數(shù)（ENOB）更高：

評估了MAX11254的動態(tài)性能。圖1至圖4顯示了采樣率高達64ksps的單周期和連續(xù)模式的ENOB值。

圖1.MAX11254 ENOB值在單周期轉(zhuǎn)換模式下為直接增益范圍為1至128，采樣速率高達1ksps。

圖2.MAX11254 ENOB值在單周期轉(zhuǎn)換模式下為直接增益范圍為1至128，采樣速率高達12.8ksps。

圖3.MAX11254 ENOB在連續(xù)模式下的直接增益范圍為1至128，采樣速率高達1ksps。

圖 4.MAX11254 ENOB值在連續(xù)模式下直接和增益范圍為1至128，采樣速率高達64ksps。

如圖1至圖4所示的測量數(shù)據(jù)證實，在最低采樣速率下，22.5位的ENOB最高?；谶@些測量數(shù)據(jù)，為了更準確地捕獲壓力傳感器的低輸出電壓，最好以較低的采樣率進行。原因是噪聲相對于頻率主要是平坦的。因此，由于帶寬較窄，降低采樣率會成比例地降低噪聲。因此，ENOB在較低的采樣率下更高。此外，由于PGA的噪聲低于ADC調(diào)制器的噪聲，因此使用PGA通常比旁路或直接模式產(chǎn)生更高的ENOB。

圖5所示為MAX11254 ADC，MPXV10GC6U配置為壓力傳感器，用于測量傳感器的輸出電壓，對應于施加的輸入壓力。

圖5.MAX11254 ADC壓力傳感器連接。

在 0 PSI 時，壓力傳感器的輸出電壓在精密電壓計（如安捷倫 34401A）上指示 19.998mV。MAX11254測得的電壓為20.034mV。當壓力增加到1.35 PSI時，MAX11254從傳感器捕獲的相應輸出電壓為53.103mV。圖6和圖7分別給出了MAX11254EVKIT軟件上測得的電壓與壓力的關系以及捕獲的數(shù)據(jù)。

圖6.壓力傳感器的傳遞函數(shù)。

圖7.MAX11254輸出電壓為0 PSI。

圖8.MAX11254測量MPXV10CC6U傳感器的輸出電壓精度與壓力的關系。

結(jié)論

壓力傳感器通常提供非常低的輸出電壓（以毫伏為單位），這就需要具有寬動態(tài)增益范圍的低噪聲和高精度ADC來精確測量電壓。MAX11254 ADC具有極低的密度噪聲，僅為6.2nV/√Hz PGA，增益范圍為1倍至128倍，因此設計滿足所有這些嚴格要求。該內(nèi)部PGA還提供輸入信號隔離。因此，無需其他外部放大器即可實現(xiàn)出色的性能。此外，MAX11254內(nèi)置時序控制器和6路差分輸入，支持掃描選定的模擬通道、可編程轉(zhuǎn)換延遲和數(shù)學運算。這使其成為自動壓力傳感器監(jiān)測的理想設備。

審核編輯：郭婷