綜述

在當今科技驅動的時代，壓力測量在眾多領域中扮演著舉足輕重的角色。壓力變送器作為將壓力信號轉換為標準電信號的關鍵設備，其技術發展與應用效能直接關系到各行業的生產安全、效率提升與創新突破。本文將深入闡述芯佰微電子為應對壓力變送器的現狀與痛點所推出的芯片解決方案。

一、現狀與痛點分析

壓力變送器作為工業自動化系統中的關鍵設備，廣泛應用于石油、化工、電力、汽車、航空航天等領域,用于精確監測液體、氣體及蒸汽等介質的壓力。隨著工業自動化的普及及對數據精度的要求不斷提高，壓力變送器的技術也在不斷進步。現代壓力變送器不僅需要具備高精度和穩定性，還需要滿足惡劣環境下的長期可靠運行，尤其在高溫、高濕、強電磁干擾等復雜工作條件下，如何確保傳感精度和設備穩定性成為設計的關鍵。

精度和分辨率問題：在要求極高精度的應用中（如化工、航空航天等行業），仍然存在精度不足的情況。特別是在高噪聲環境或快速變化的壓力條件下，壓力變送器的測量誤差可能導致系統性能下降。

環境適應性不足：在存在較強電磁干擾（EMI）、振動或溫度波動較大的工業環境中，壓力變送器可能會受到外部因素的影響，導致信號漂移或測量不準確。

動態響應遲滯：在自動化生產線或高速流體管道的壓力控制系統中，壓力變送器的響應速度顯得尤為重要。然而，現有的一些產品在處理快速變化的壓力信號時，存在響應延遲的問題，影響了系統的實時控制能力。

長效穩定性：在一些極端的工作環境下（如高溫、低溫或溫差較大的環境），壓力變送器的精度會因溫度變化而發生漂移，導致測量不準確。此外，長期運行可能導致設備老化或性能衰減，這要求壓力變送器具有更好的長期穩定性和環境適應性。

二、芯佰微壓力變送器芯片解決方案

芯佰微針對行業現狀，推出 CBM76AD06G（ADC）、CBM53D24 和 CBM128S085（DAC）、CBM27 和 CBM8656（OPA）等高性能芯片產品，協同實現壓力信號精準處理與轉換。

1、高精度ADC：CBM76AD06G

ADC用于將傳感器輸出的微弱模擬信號轉換成數字信號，以便后續的數字處理系統進行處理和分析。通過使用高精度的ADC芯片，可以確保從壓力傳感器采集到的信號被準確、可靠地轉換成數字形式，從而獲得精確的壓力讀數。

• 多通道輸入：CBM76AD06G支持8個通道的模擬信號輸入，這使得它能夠同時處理多個信號源，適用于復雜的數據采集系統。
• 高精度模數轉換：提供16位的模數轉換，這意味著它能夠精確地將模擬信號轉換為數字形式，非常適合需要高精度數據的應用場景。
• 同步采樣能力：CBM76AD06G具備同步采樣的能力，這保證了在高速數據采集過程中各個通道之間的數據一致性和準確性。
• 內置保護功能：集成了模擬輸入鉗位保護，可以在過壓情況下保護內部電路免受損害，提高系統的可靠性。
• 抗混疊濾波器：內置二階抗混疊濾波器，有助于減少高頻噪聲的影響，保證信號質量。

1. DAC:CBM53D24、CBM128S085

DAC通常用于將經過處理的數字信號轉換回模擬信號，以便于與模擬控制系統或顯示設備進行接口。例如，在需要將壓力值顯示在模擬儀表上時，DAC可以將數字信號轉換為相應的電流或電壓信號，驅動模擬儀表顯示壓力值。

CBM53D24:

• 低功耗：CBM53D24在3V供電下的低功耗使其非常適合電池供電或低功耗應用。
• 高分辨率：12位的分辨率提供了精確的模擬輸出，適用于需要高精度的應用。
• 多通道輸出：4路緩沖電壓輸出使其能夠同時控制多個模擬信號，增加了應用的靈活性。
• 寬電壓范圍：2.5V至5.5V的供電電壓范圍使其能夠適應不同的電源條件。
• 兼容性：3線串行接口兼容多種通信協議，如SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP，方便與各種微控制器和處理器連接。

CBM128S085:

• 多通道輸出：CBM128S085提供8個電壓模擬輸出通道，可以滿足多種應用場景下對多路模擬信號的需求。
• 高精度和低噪聲：CBM128S085在精度和噪聲控制方面表現出色，這對于需要高精度模擬輸出的應用至關重要。
• 外部參考電壓輸入：該DAC支持外部參考電壓輸入，用戶可以根據具體需求調整參考電壓，以獲得所需的模擬輸出范圍和精度。
• 靈活的接口配置：CBM128S085支持SPI接口進行數據傳輸，這使得它與微控制器等數字設備的連接變得簡單且高效。
• 廣泛的應用領域：由于其多通道、高精度和低噪聲的特性，CBM128S085適用于音頻處理、數據采集、工業控制等多個領域。

1. 精密放大器OPA:CBM27、CBM8656

放大微弱信號：DAC 輸出的壓力模擬信號幅值有時偏小，OPA 能進一步放大該信號，提升至合適電平，以驅動顯示設備或實現遠距離傳輸。
改善信號質量：OPA 可對 DAC 輸出信號濾波，去除其轉換過程中引入的噪聲干擾，使信號純凈穩定，提升壓力測量精度與可靠性。

CBM27:

• 低噪聲：CBM27提供低電平信號出色的低噪聲和高精度放大性能，其極低的噪聲水平（10 Hz時en=3.8nV/√Hz）使得它非常適合用于需要高信噪比的應用。
• 高精度放大性能：CBM27具有高開環增益（1800V/mV），能夠在保持信號完整性的同時提供大幅度的信號放大。
• 寬壓供電范圍：該運放支持從±4V到±18V的寬壓供電范圍，適應不同的電源條件，增加了設計的靈活性。
• 高速性能：8 MHz的增益帶寬積和2.8 V/μs的壓擺率，使CBM27能夠在高速數據采集系統中實現出色的動態精度。
• 低輸入失調電壓：CBM27的失調電壓低至26μV，漂移為0.2μV/°C，這有助于在溫度變化的環境中保持穩定的性能。
• 良好的負載驅動能力：輸出級具有良好的負載驅動能力，±10 V保證擺幅（600 Ω負載）和低輸出失真，使其成為專業音頻應用的絕佳選擇。

CBM8656:

• 低噪聲：在10 kHz時，其噪聲僅為2.7nV/√Hz，這使得它在對信號純度要求極高的應用中表現出色。
• 高直流精度：該放大器能夠實現高直流精度，確保數據的準確性和可靠性。
• 軌到軌輸入輸出：CBM8656是電壓反饋型軌到軌輸入和輸出精密CMOS放大器。這種設計允許它處理接近電源軌的信號，從而提高了動態范圍和信號處理能力。
• 失調電壓漂移：CBM8656的失調電壓漂移典型值為0.4 μV/°C，最大值為2.3μV/°C，這有助于在溫度變化的環境中保持穩定的性能。
• 帶寬：CBM8656的增益帶寬產品為27 MHz，轉換速率為11 V/μs，這使其能夠快速響應信號變化。

應用場景

工業自動化領域 - 汽車制造工廠

在汽車制造工廠自動化生產線中，芯片可精確監測燃油管道壓力，確保壓力測量誤差控制在極小范圍，使燃油噴射壓力精準穩定，優化燃油利用率，一定程度上減少尾氣排放；在制動系統檢測方面，有了CBM27 芯片的協助作用，實現制動管路壓力的準確測量，為行車安全提供有力保障；而CBM76AD06G 芯片能實現復雜生產線多壓力點同時監控，助力生產效率提升，降低廢品率。

石油化工領域 - 管道壓力監測

石油化工行業管道輸送系統，CBM76AD06G 芯片高精度測量和高穩定性，可有效監測管道內液體或氣體壓力，其內置保護功能在過壓情況下保護內部電路，提高系統可靠性，預防管道泄漏和爆炸等安全事故。