66 Noviembre 2002

Aplicaciones

Salidas PWM mejoran el condicionamiento deSalidas PWM mejoran el condicionamiento deSalidas PWM mejoran el condicionamiento deSalidas PWM mejoran el condicionamiento deSalidas PWM mejoran el condicionamiento deseal de los sensoresseal de los sensoresseal de los sensoresseal de los sensoresseal de los sensoresAlec Makdessian, Maxim Integrated Products, Sunnyvale, CA

Hoy en da, la mayora de los senso-res piezoresisitivos de silicio (PRTs) seutilizan en aplicaciones para la medi-da de presin. Se fabrican utilizandotcnicas de micro mecanizado del si-licio y estn dispuestos tpicamentecmo puente de Wheatstone de cua-tro resistencias en un slo dado mo-noltico. Al igual que los circuitos in-tegrados, los sensores son baratosporque son procesados en una obleaque contiene cientos o miles de ellos.Hasta ahora, la mayora de esos CIsensores se han utilizado en las in-dustrias del automvil, productos deconsumo y productos industriales,dnde la precisin requerida es bajao media.

El error no lineal con respecto a latemperatura ha limitado la utiliza-cin de estos sensores en los merca-dos de alta gama, en los que predo-minan las galgas extensiomtricas y

otros tipos de sensores, a pesar de suelevado coste. Corregir los complejoserrores de un PRT requiere bastantescircuitos electrnicos, pero los con-dicionadores de seal de sensor deMaxim (MAX1450, MAX1452,MAX1455 , MAX1457-1460 ,MAX1462, MAX1478, y otros)corrigen esos errores a menos de un1% de las limitaciones inherentes derepetitividad del sensor. Por primeravez, los transductores pequeos ybaratos, pueden proporcionar erro-res totales

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dora (U1-B) invierte la pendiente dela rampa y la frecuencia de la ondatriangular viene dada por la ecuacinde la figura 3. Para los valores mos-trados de los componentes, la fre-cuencia de la rampa y por tanto lasalida PWM es aproximadamente de500Hz. Aunque no se muestran enlas figuras 2 y 4, se deben incluir con-

densadores de desacoplo de 0,1mFentre los terminales de alimentacin.El comparador doble (MAX942)compara la onda triangular con latensin analgica del sensor. Estecomparador tiene el margen de en-trada rail-to-rail necesario para laaplicacin. R1 y R2 proporcionan unahistresis que asegura la precisin de

la salida PWM en presencia de sea-les de entrada al sensor que cambienrpidamente. U2-A proporciona lasalida PWM y U2-B proporciona ais-lamiento adicional.

En el circuito completo PWM deltransductor (figura 4), el condiciona-dor de seal MAX1452 genera unasalida compensada ratiometricpara el puente de Wheatstone, quees a su vez convertida en salidaPWM. A medida que la salida delMAX1452 cambia con la presin, elciclo de trabajo de la salida PWMcambia igualmente. El MAX1452puede ser substituido por cualquierASIC condicionador de seal con sa-lidas analgicas, mencionado ante-riormente.

La compensacin de un sensorrequiere una medida precisa de laanchura de pulso PWM. Esto se pue-de hacer con un frecuencmetro concapacidad para medir seales PWM.Tambin se puede realizar esta medi-da conectando la salida PWM a unmicrocontrolador y utilizando el tem-porizador interno para calcular el in-tervalo de tiempo entre las transicio-nes alto-bajo y bajo-alto. De ambasmaneras, el valor PWM medido ser-vir para calcular los coeficientes ne-cesarios para programar el CI condi-cionador de seal (por ejemplo, unMAX1452).

Calibracin del sensorutilizando una salida PWM

El MAX1452 contiene cuatroconvertidores digital-analgicos(DACs) de 16 bits, un sensor de tem-peratura, y unas tablas de coeficien-tes indexados en temperatura, apro-piadas para compensar en tempera-tura y linealizar la mayora de los sen-sores de puente. Los parmetros deoffset, tramo (span), coeficiente detemperatura (TC) de offset y coefi-ciente de temperatura de tramo,pueden ser corregidos cargando loscuatro DACs correspondientes convalores de calibracin nicos. Losvalores cargados en los DAC de off-

Figura 3. Estas ondas y

ecuaciones ilustran el

funcionamiento del

circuito de la Figura 2.

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set y de tramo se derivan de una ta-bla en memoria. Este mtodo de ca-libracin tiene una mayor simplicidady flexibilidad que el mtodo algort-mico de compensacin mediante dospuntos, utilizado en la generacinprevia de condicionadores de seal.

La calibracin se efecta cargan-do los cuatro DACs con valores no-minales iniciales vlidos para la fami-lia de transductores en cuestin. Acontinuacin, se fija el transductor auna temperatura T1 y se le aplica lapresin mxima. La salida PWM co-rrespondiente (PWMFS) se mide en-tonces utilizando uno de los mtodosdescritos anteriormente. Seguida-mente, se mide la salida PWM con lapresin mnima (PWM0). El tramoPWM es entonces: PWMSpanT1 =

PWMFS - PWM0. Cmo el tramo re-querido es normalmente de un 80%,el valor de tramo necesario para elDAC se puede calcular de la siguien-te manera:

El DAC de offset se fija, a conti-nuacin, para obtener una salida conun ciclo de trabajo del 10%.

Para obtener valores para losDACs de tramo y offset, se repite elprocedimiento anterior con el trans-ductor a una temperatura T2. Sepueden aadir ms puntos de tem-peratura (hasta 114) para obteneruna mayor precisin. La programa-cin de hasta 114 posiciones inde-pendientes de memoria EEPROM de

16 bits, permite correcciones en in-crementos de 1,5C en todo el mar-gen de temperaturas entre 40C y+125C (los coeficientes de correc-cin cargados en la tabla de memo-ria son interpolaciones lineales entrelos valores grabados para cada DACa cada temperatura). Esta capacidadmultipunto permite no slo una sen-cilla compensacin de sensor de pri-mer orden, sino que tambin permi-te aproximar curvas de temperaturapoco comunes. La aplicacin de estemtodo en el circuito anterior consi-gue compensar el sensor rpidamen-te, eficientemente, y a un 0,2% de suerror inherente de repetitividad.

Figura 4. La tensin de

excitacin del puente de

Wheatstone (arriba,

izquierda) es ratiometric

con la fuente de

alimentacin en este

circuito transductor PWM

completo.