多功能集成传感器：SHT11/15和线性集成霍尔器件产品

（一）集成压力传感器

1.带温度补偿的集成压力传感器

图5-1是一个带温度补偿电路的集成压力传感器电路原理图，R5、R6和晶体管V构成温度补偿电路，用于全桥的供电电源。当晶体管V的基极电流比流过R5、R6的电流小得多时，其集-射极的电压降为：

于是，力敏电阻电桥的实际供电电压为

温度是影响各个系数的关键，温度升高时，Ube下降，随之Uce下降、UB升高，补偿了压阻灵敏度随温度上升而下降所导致的误差。这种温度补偿电路有很多优点，其结构简单，具有较小的体积和较低的成本，而且补偿效果好，已被大众普遍接受并应用。

图5-1　带温度补偿电路的集成压力传感器电路原理图

放大电路和力敏电阻全桥集成在一起可以解决弱信号在传输过程中受到干扰的问题，也可以降低对后级电路的影响。一般情况下，把一个差分放大电路安置在电桥后面，再将这2部分集合在一片芯片上，就可以使输出信号的幅度扩大，同时抗干扰的能力也有所改善。现今的大多数硅压力传感器都应用这个办法。

2.频率输出型集成压力传感器

先将模拟信号转变成频率信号，再将频率信号转变成数字信号是信号数字化的众多途径之一。图5-2是频率输出型集成压力传感器的电路原理图，如图所示，构成全桥的4个力敏电阻分别是R1～R4。当电桥输出电压通过V1～V6之后，转变成了电流信号。V6的输出电流和电容决定了最后部分施密特触发器的转换频率，从而实现将电压信号转变为频率信号的操作。这个传感器的静态输出频率约1.5MHz，压力灵敏度约为12Hz/Pa，量程为0～33kPa。

图5-2　频率输出型的单块集成压力传感器电路原理图(www.xing528.com)

（二）典型多功能集成产品——SHT11/15温湿度传感器

SHT11/15是瑞士Sensirion公司推出的2种用于测量相对湿度和温度的自校准、多功能、高精度集成传感器。二者应用的电路原理是一样的，但是得到的测量精度不一样。

1.SHT11/15的性能特点可以输出相对湿度和温度的串行数据，并且这些数据是经过校准的。SHT11/15中含有多种不同功能的传感器，如基于带隙电路的温度传感器、基于湿敏电容的相对湿度传感器、14位A/D转换器及两线串接口。由于相对湿度和温度传感器的底座是一个，所以能同时对被测量做出响应，这对测量露点很有优势。

芯片的电源是+5V电源，在测量的时候，要求的工作电流是550μA，平均电流为28μA（12位）或2μA（8位）。为了保护芯片，在低于2.45±0.1V的时候，由于该系统本身具有低电压检测功能而不进行工作。休眠模式的功耗是最小的，电流为0.31μA（典型值）。如果测量完毕没有新命令，芯片会自动返回休眠模式。

这种传感器的温度分辨力默认值为14位，相对湿度分辨力默认值为12位。测量速率和功耗的改善要依靠降低分辨力来实现。校准存储器是可以进行自动校准的，这是因为它保存了传感器出厂之前的精密校准系数。通常情况下它不需要连接另外的元器件，而且具有很好的互换性和很强的抗干扰能力。在高压环境中，由于湿度传感器并不随压力改变，所以依旧可以进行湿度的测试。它的内部还有加热器（在+5V下电源电流增加8mA），具有以下作用：第一，通过比较加热前后的温度和相对湿度可以确定传感器有无正常工作；第二，加热可以去除传感器因在潮湿环境中工作而形成的凝露；第三，加热器可以在测露点时使用，除非湿度传感器窗口上堆积尘土，否则不必清洁。

传感器的具体性能参数如下：测量范围为0～100%RH，最高分辨力为0.03%RH（12bit）或0.5%RH（8bit），长期稳定性＜1%RH/年，响应时间为4s，测温范围为-40～123.8℃，最高测量精度分别为±2%RH和±4%RH，复性误差为+0.1℃，最高分辨力为0.01℃（14bit）或0.04℃（12bit），重响应时间为5～30s，外形尺寸为7.62mm×5.08mm×2.5mm，质量为0.1g。

2.SHT11/15的工作原理。当电源电压UDD＞4.5V时，最高时钟频率fmax为10MHz，UDD＜4.5V时，fmax=1MHz。SHT11/15湿度/温度传感器的测量原理是：先使用两个传感器来生成相对湿度和温度信号，接着经放大后发送至A/D转换器执行A/D转换、校准和纠错，最后把相对湿度和温度数据用双线串行接口传送至微机，由微机完成非线性补偿和温度补偿。

（三）霍尔集成传感器

霍尔集成传感器是利用硅集成电路制造工艺，将敏感部分（霍尔元件）和信息处理部分集成在同一硅片上，从而达成微型化、高可靠、长寿命、小功耗、负载能力强等目的。

霍尔集成传感器主要分为2类，即开关型和模拟型。图5-3为开关型霍尔集成传感器电路原理图，典型器件如UGN3020，这种器件由4部分组成，即霍尔元件H、差分放大器、施密特触发器和输出器。差分放大器由图中V1、V2及有关元器件构成，其功能是放大霍尔电压输出。施密特触发器主要由V3、V4组成。若霍尔元件有输出，R6中有电流流过，V5～V7导通，输出为低电平；若霍尔元件无输出，中无电流流过，V3～V7截止，输出高电平。输出器主要由V7构成，根据V5、V6的导通与否，分别输出低电平和高电平。

图5-3　开关型霍尔集成传感器电路原理图

开关型霍尔集成传感器的基本应用是制作在恶劣环境和某些特殊条件下使用的接近开关，并且派生出一系列微型机电一体化产品，如霍尔电路转速表、霍尔电路汽车点火器、无触点交直流功率开关、机械运动限位器等。

模拟型的线性集成霍尔器件主要用于检测磁场强度和可转换为磁场强度的其他物理量。典型线性集成霍尔器件产品如UGN3501和有温度补偿功能的AD22151。