美國Quartzdyne石英傳感器中國總代理
數字換能器電路包含三個石英晶體振蕩器(壓力、溫度和參考)，混合器，一個頻率計數器和一個串行EEPROM(圖2)。壓力和溫度信號混合。用參考信號改善計數器的分辨率。頻率計數器輸出兩個數字:。混合壓力頻率與參考頻率的比值和混合溫度頻率的比值。引用的頻率。壓力和溫度由zui終用戶使用這些比率來計算。系數存儲在EEPROM中。通信是通過I2C兼容的2線串行接口。
對于一個完整的測量系統，用戶必須提供功率和計算壓力的方法。測量頻率和提供系數。還必須考慮數據的存儲和/或傳輸。
在實驗室環境中，Quartzdyne QCOM為PC提供了一個USB接口。

1.2壓力傳感器設計
Quartzdyne厚度-剪切壓力技術的重要優點是、長期穩定，強度高，瞬態響應快。壓力傳感器是一個石英諧振器，它改變頻率響應施加的壓力。水晶石英是精密傳感器的理想材料，因為它*有彈性。石英石英的設計。壓力傳感器保留了單晶材料固有的可重復性能。石英壓力傳感器是一種厚壁、空心圓柱，具有封閉的末端。thickness-shear模式諧振器將空心圓柱的中心部分分開。外壁流體壓力靜水壓縮。在諧振器中產生內部壓縮應力的石英圓筒。諧振器的頻率發生變化。作為對內部壓力的回應。
1.3波紋管和膜片
換能器可以安裝風箱或隔膜，隔離和保護壓力晶體。來自于測量的流體。風箱對壓力讀數的影響很小，但必須如此。校正的補償。對波紋管或隔膜的去除或物理損傷將改變。換能器的壓力響應和需要重新校準。雖然風箱是在真空中填滿油的，但已經*脫氣了，這是有可能的。少量的氣體可能被困在風箱里。通常這種氣體會溶解在油中，沒有?？蓽y量的對壓力性能的影響。在環境壓力下，可能會有一些氣體。被驅離的解決方案暫時導致風箱膨脹，導致壓力讀數高達10psi。高于環境壓力。一旦施加壓力，該裝置將恢復正常壓力讀數。有波紋管的Quartzdyne壓力傳感器精度僅為200 psia以上。
1.4 ASIC啟動電路
石英諧振器表面的任何污染物或缺陷都會導致其阻抗增加。通常情況下,阻抗的增加將取決于晶體驅動器的水平，并且通常在較低的驅動器水平。這這種現象在業內被稱為驅動級靈敏度(DLS)，它會導致晶體振蕩器無法啟動。當電源供應時。我們盡一切努力確保石英表中包含的晶體壓力。換能器不存在這樣的缺陷，很有可能污染物會在反應中移動。有經驗的。隨著ASIC振蕩器的引入我們的混合電路(2007年9月)，一個啟動特性被添加。該特性在啟動階段對晶體的驅動級別增加，以克服任何問題。有可能的DLS，然后在穩定振蕩的情況下返回。這大大降低了機會。DLS晶體會導致場故障。在許多情況下，多余的驅動器實際上會移動違規操作。污染到它不再影響性能的區域。一種可能的，但罕見的副作用是，如果晶體不能逐漸增加高阻抗，那就是。與DLS無關，它可能會到達啟動特性反復參與和分離的一個點。這將在壓力和/或溫度測量中被視為異常高的抖動。如果阻抗繼續。增加，抖動將停止，因為啟動特性保持充分，并且zui終振蕩器將平行線。在這些癥狀出現之前，非asic電路就會有平坦的排列。
1.5傳感器輸出隨壓力和溫度變化。
描繪了DMB20K數字換能器在壓力和溫度變化方面的典型變化。引用源沒有找到。圖3顯示了溫度輸出與的名義變化。溫度。所有溫度傳感器顯示非常相似的敏感性,但25°C會有所不同的計數單位單位。圖4錯誤!引用源沒有找到。顯示壓力輸出的變化和變化。壓力和溫度。注意，溫度的變化會產生零和跨度的變化。的數據錯誤!引用源沒有找到。已被重新繪制成錯誤!引用源沒有找到。額外的檢查。在圖5中錯誤!引用源沒有找到。繪制壓力輸出計數。不同壓強下的溫度。在zui小頻率下，數據也被標準化，這樣可以更清晰地觀察到溫度的敏感性。注意，溫度敏感性在環境中是正的。壓力，但在全尺寸壓力下是負的，在高溫下，溫度為零。壓力增加。換能器的設計是為了盡量減少。

2接口需求
2.1電氣連接
每臺設備需要功率(2.7到5.5 VDC)和兩條信令線SDA和SCL。A1/T, A2/P和R也可以?？捎?，但只在使用時連接。信令線是開放收集器，應該與VIN綁定。在主板上使用合適的拉升電阻。更長的電纜需要更低的RP值，并且更高。時鐘速度。A1/T和A2/P有較弱的引體，在未連接時易受噪聲影響。R包含一個7.2MHz高頻信號，應與其他線路隔離，防止交叉通話。這些的長度應盡量減少線路(<12)，以避免噪音問題，并盡量減少供電電流。通過RP。建議采用雙絞合線，SDA和VIN合在一起，SCL和GND扭轉。在一起。當使用可選線路時，建議使用帶有整體屏蔽的7芯電纜。文和接地應該繞過0.1?f電容器在主電纜。接地連接在內部底盤。在電氣噪聲環境中，可能需要屏蔽，以防止干擾。通信線路。請參見圖7中的連接器插腳任務。表1顯示了所提供的單元的線顏色。與飛行的線索。
2.2解決
多達四個傳感器可以連接在一個系統中。個別的換能器是用的。A2/P和A1/T的輸入。如果連接到GND，則被解釋為“0”;如果左浮動，A2/P和A1/T是。解釋為“1”。警告!不要將這些輸入連接到VCC，因為這可能導致內部設備損壞。為多個換能器系統，A1/T和A2/P必須適當連接(“00”、“01”、“10”、“11”)提供a。每個設備的*地址。設備地址如表2所示。用于帶四針的換能器。連接器，地址線A2/P和A1/T可以進入傳感器內部。這些通常是打開的。運(地址“十一”)。DHB103/104傳感器只有A1/T用于地址修改。傳感器的默認地址是“11”，用戶可以選擇將A1/T位改為“0”，導致“10”的地址。當將多個傳感器連接到同一SDA/SCL線時，請仔細考慮可靠性的影響。單個故障可能會使所有連接設備的通信失效。
2.3信號
該傳感器的設計是為了與NXP I2C接口兼容。SDA和SCL線正常。在主設備上被一個電阻器拉高。SDA的數據轉換只有在SCL低時才允許。一個開始在SCL高的情況下，master斷言SDA低，而停止條件則由a發出信號。低到高的SDA過渡，而SCL高。數據一次傳輸8位，然后是ACK (SDA)。低)或NACK (SDA高)，由接收設備產生。消息由啟動條件組成。然后是由主生成的地址字節(MSB)，然后是由奴隸生成的ACK。如果地址字節的LSB很低(寫)，主繼續發送數據，奴隸生成ACK。適當的，直到消息的結束由主生成的停止條件指示。如果是LSB。地址字節是高的(讀)，總線改變方向，并且進一步的數據由奴隸提供，與ACK。
生成的主人。主指示用一個NACK接收到zui后一個字節，然后是停止條件。
2.4接通電源的重置警告
在傳感器中包含的一些FPGA和EEPROM器件并沒有出現在電源上。兩個已經發現了不同的問題。FPGA ID低于3.02的傳感器在寫入控制或讀取FPGA時，偶爾會保持SDA低。ID命令(3.4)在啟動后立即執行。這種情況在版本3.02中得到了糾正。甚至更高。當這發生時，奴隸保持SDA線低，阻止進一步的交流。主可以通過發出9個時鐘脈沖來清除這個條件，同時允許SDA行浮動，然后是停止位。這清除I2C總線上的所有設備，并且在主觀察到被卡住的SDA線時可以使用。在4.02和更早版本的EEPROM中也存在類似的問題。一個特定于讀的地址命令(錯誤!在電源重置后發出的參考源將會導致一些設備鎖定SDA線。某些溫度，阻止進一步的交流。不幸的是，這個條件不能通過發行9來清除。時鐘脈沖。*的補救辦法就是騎自行車。通過發布一個讀流可以避免這個問題。在向EEPROM發送任何其他命令之前，地址命令(4.1)。上述兩個問題在版本4.03和更高版本中都得到了解決，但是在設計時要謹慎。可以與舊設備通信的系統。
2.5接通電源的測序
為了保證可靠

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3頻率計數器
頻率計數器是一種ASIC(芯片)，它為石英晶體振蕩器提供了一個接口。傳感器。它提供與NXP I2C總線兼容的串行通信。溫度和壓力可以查詢頻率，也可以查詢芯片ID和狀態。可以編寫控制位來選擇某些特性。傳感器。該芯片控制為存儲器的寫入啟用位。在一些型號上有一個7.2MHz的參考時鐘，可以用于時鐘用戶電路。輸出可以切換到1kHz，使用軟件命令降低功耗。
3.1讀取計數器命令
計數器芯片包括兩個*獨立的頻率計數器，提供同步計數。兩種頻率都沒有死時間。讀取請求觸發芯片將計數數據轉移到串行分隔。電路和計數器在分裂發生時又開始計數?？梢酝ㄟ^向每個計數器依次發出一個虛擬的Read(參見圖9)來查詢計數器。如果計數器準備好它將確認(ACK)請求;否則它將不承認(NACK)。如果計數器確認，主必須讀取至少一個字節，然后是NACK和STOP以清除總線循環。如果它是還沒準備好，主人就應該叫停。在這兩種情況下，剛剛處理過的計數器將被重新觸發。讀一個計數器不會影響另一個計數器上述方法的另一種選擇是使用Read Status命令并檢查t探測和p探測位。該方法在繼續計數時同時返回兩個計數器的狀態。此外,這兩個計數器可以通過寫入控制寄存器同時觸發(一旦確定計數器是工作的，就可以連續使用所需的gate時間間隔進行查詢。如果一個計數器在2.3秒內沒有被查詢，它將溢出并進入一個降低的電源模式，直到重新觸發。通常，master將讀取4個字節的數據。對于芯片版本4.02和更大的校驗和可讀。頻率被報告為壓力比(XP)或溫度(XT)計數除以引用計數。它是表示為無符號的定點數，MSB代表2-1。頻率在10kHz范圍內。對于100kHz，可以將其讀取為一個整數，zui多為32位，而zui重要的字節為1。前5位會?？偸菫榱恪ate time (TG)是由主查詢每個計數器的頻率和從.001到2.3的頻率決定的。秒。結果的有效極限是由參考計數的個數決定的。頻率NR = TG * FR(約1 / 720萬/秒)。增加的閘門時間會更好。精度。用一秒的時間來計算結果的精度大約是由*次開始的23位。非零位。這轉化為壓力分辨率為0.003 psi(根據模型和實際壓力變化)。
3.2校驗和
在計數器芯片4.02中添加了校驗和特性。讀取任何數據，包括頻率，狀態?；蛘呤荂hip ID，校驗和輸出為第五個字節(參見下面的示例計算)。如果檢測到校驗和錯誤。主可以通過繼續確認(ACK)字節來重新讀取數據。只要主人承認，芯片重新發送原始數據，包括校驗和。一個NACK接著是停止終止讀取數據。一旦命令終止，原始數據就無法被檢索。兼容性說明:讀取前四個字節是向后兼容以前的版本。額外的字節以前的版本可以閱讀，但應該被認為是噪音。警告:*次讀取數據是新的數據。繼續讀取，而不簡單地終止讀命令。重新發送舊數據。因此，繼續讀取計數器或狀態而不發出停止，將不會反映新的數據。
3.3編寫控制/狀態寄存器
控制字允許在頻率計數器ASIC中啟用或禁用各種特性。閱讀和編寫控制字的*個字節是向后兼容FPGA版本3.03或更早。額外的在圖11和表3中總共添加了32位的控制位。注冊和“控制”“狀態”寄存器指的是相同的數字位。“控制”是在寫入位和控制的上下文中使用的。特性。“狀態”在閱讀和查詢中使用。例如，t檢測和p檢測位可以。只被閱讀為“狀態”位。然而，在寫入時，需要使用虛擬值來保存位位置。“控制”登記。位30-31:在版本3.01 (0D020301, 0D050301)之前，溫度或壓力檢測是可能的。即使有信號，也保持不動。

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