美国Quartzdyne石英传感器中国总代理

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数字换能器电路包含三个石英晶体振荡器(压力、温度和参考)，混合器，一个频率计数器和一个串行EEPROM(图2)。压力和温度信号混合。用参考信号改善计数器的分辨率。频率计数器输出两个数字:。混合压力频率与参考频率的比值和混合温度频率的比值。引用的频率。压力和温度由zui终用户使用这些比率来计算。系数存储在EEPROM中。通信是通过I2C兼容的2线串行接口。
对于一个完整的测量系统，用户必须提供功率和计算压力的方法。测量频率和提供系数。还必须考虑数据的存储和/或传输。
在实验室环境中，Quartzdyne QCOM为PC提供了一个USB接口。

1.2压力传感器设计
Quartzdyne厚度-剪切压力技术的重要优点是、长期稳定，强度高，瞬态响应快。压力传感器是一个石英谐振器，它改变频率响应施加的压力。水晶石英是精密传感器的理想材料，因为它*有弹性。石英石英的设计。压力传感器保留了单晶材料固有的可重复性能。石英压力传感器是一种厚壁、空心圆柱，具有封闭的末端。thickness-shear模式谐振器将空心圆柱的中心部分分开。外壁流体压力静水压缩。在谐振器中产生内部压缩应力的石英圆筒。谐振器的频率发生变化。作为对内部压力的回应。
1.3波纹管和膜片
换能器可以安装风箱或隔膜，隔离和保护压力晶体。来自于测量的流体。风箱对压力读数的影响很小，但必须如此。校正的补偿。对波纹管或隔膜的去除或物理损伤将改变。换能器的压力响应和需要重新校准。虽然风箱是在真空中填满油的，但已经*脱气了，这是有可能的。少量的气体可能被困在风箱里。通常这种气体会溶解在油中，没有。可测量的对压力性能的影响。在环境压力下，可能会有一些气体。被驱离的解决方案暂时导致风箱膨胀，导致压力读数高达10psi。高于环境压力。一旦施加压力，该装置将恢复正常压力读数。有波纹管的Quartzdyne压力传感器精度仅为200 psia以上。
1.4 ASIC启动电路
石英谐振器表面的任何污染物或缺陷都会导致其阻抗增加。通常情况下,阻抗的增加将取决于晶体驱动器的水平，并且通常在较低的驱动器水平。这这种现象在业内被称为驱动级灵敏度(DLS)，它会导致晶体振荡器无法启动。当电源供应时。我们尽一切努力确保石英表中包含的晶体压力。换能器不存在这样的缺陷，很有可能污染物会在反应中移动。有经验的。随着ASIC振荡器的引入我们的混合电路(2007年9月)，一个启动特性被添加。该特性在启动阶段对晶体的驱动级别增加，以克服任何问题。有可能的DLS，然后在稳定振荡的情况下返回。这大大降低了机会。DLS晶体会导致场故障。在许多情况下，多余的驱动器实际上会移动违规操作。污染到它不再影响性能的区域。一种可能的，但罕见的副作用是，如果晶体不能逐渐增加高阻抗，那就是。与DLS无关，它可能会到达启动特性反复参与和分离的一个点。这将在压力和/或温度测量中被视为异常高的抖动。如果阻抗继续。增加，抖动将停止，因为启动特性保持充分，并且zui终振荡器将平行线。在这些症状出现之前，非asic电路就会有平坦的排列。
1.5传感器输出随压力和温度变化。
描绘了DMB20K数字换能器在压力和温度变化方面的典型变化。引用源没有找到。图3显示了温度输出与的名义变化。温度。所有温度传感器显示非常相似的敏感性,但25°C会有所不同的计数单位单位。图4错误!引用源没有找到。显示压力输出的变化和变化。压力和温度。注意，温度的变化会产生零和跨度的变化。的数据错误!引用源没有找到。已被重新绘制成错误!引用源没有找到。额外的检查。在图5中错误!引用源没有找到。绘制压力输出计数。不同压强下的温度。在zui小频率下，数据也被标准化，这样可以更清晰地观察到温度的敏感性。注意，温度敏感性在环境中是正的。压力，但在全尺寸压力下是负的，在高温下，温度为零。压力增加。换能器的设计是为了尽量减少。

2接口需求
2.1电气连接
每台设备需要功率(2.7到5.5 VDC)和两条信令线SDA和SCL。A1/T, A2/P和R也可以。可用，但只在使用时连接。信令线是开放收集器，应该与VIN绑定。在主板上使用合适的拉升电阻。更长的电缆需要更低的RP值，并且更高。时钟速度。A1/T和A2/P有较弱的引体，在未连接时易受噪声影响。R包含一个7.2MHz高频信号，应与其他线路隔离，防止交叉通话。这些的长度应尽量减少线路(<12)，以避免噪音问题，并尽量减少供电电流。通过RP。建议采用双绞合线，SDA和VIN合在一起，SCL和GND扭转。在一起。当使用可选线路时，建议使用带有整体屏蔽的7芯电缆。文和接地应该绕过0.1?f电容器在主电缆。接地连接在内部底盘。在电气噪声环境中，可能需要屏蔽，以防止干扰。通信线路。请参见图7中的连接器插脚任务。表1显示了所提供的单元的线颜色。与飞行的线索。
2.2解决
多达四个传感器可以连接在一个系统中。个别的换能器是用的。A2/P和A1/T的输入。如果连接到GND，则被解释为“0”;如果左浮动，A2/P和A1/T是。解释为“1”。警告!不要将这些输入连接到VCC，因为这可能导致内部设备损坏。为多个换能器系统，A1/T和A2/P必须适当连接(“00”、“01”、“10”、“11”)提供a。每个设备的*地址。设备地址如表2所示。用于带四针的换能器。连接器，地址线A2/P和A1/T可以进入传感器内部。这些通常是打开的。运(地址“十一”)。DHB103/104传感器只有A1/T用于地址修改。传感器的默认地址是“11”，用户可以选择将A1/T位改为“0”，导致“10”的地址。当将多个传感器连接到同一SDA/SCL线时，请仔细考虑可靠性的影响。单个故障可能会使所有连接设备的通信失效。
2.3信号
该传感器的设计是为了与NXP I2C接口兼容。SDA和SCL线正常。在主设备上被一个电阻器拉高。SDA的数据转换只有在SCL低时才允许。一个开始在SCL高的情况下，master断言SDA低，而停止条件则由a发出信号。低到高的SDA过渡，而SCL高。数据一次传输8位，然后是ACK (SDA)。低)或NACK (SDA高)，由接收设备产生。消息由启动条件组成。然后是由主生成的地址字节(MSB)，然后是由奴隶生成的ACK。如果地址字节的LSB很低(写)，主继续发送数据，奴隶生成ACK。适当的，直到消息的结束由主生成的停止条件指示。如果是LSB。地址字节是高的(读)，总线改变方向，并且进一步的数据由奴隶提供，与ACK。
生成的主人。主指示用一个NACK接收到zui后一个字节，然后是停止条件。
2.4接通电源的重置警告
在传感器中包含的一些FPGA和EEPROM器件并没有出现在电源上。两个已经发现了不同的问题。FPGA ID低于3.02的传感器在写入控制或读取FPGA时，偶尔会保持SDA低。ID命令(3.4)在启动后立即执行。这种情况在版本3.02中得到了纠正。甚至更高。当这发生时，奴隶保持SDA线低，阻止进一步的交流。主可以通过发出9个时钟脉冲来清除这个条件，同时允许SDA行浮动，然后是停止位。这清除I2C总线上的所有设备，并且在主观察到被卡住的SDA线时可以使用。在4.02和更早版本的EEPROM中也存在类似的问题。一个特定于读的地址命令(错误!在电源重置后发出的参考源将会导致一些设备锁定SDA线。某些温度，阻止进一步的交流。不幸的是，这个条件不能通过发行9来清除。时钟脉冲。*的补救办法就是骑自行车。通过发布一个读流可以避免这个问题。在向EEPROM发送任何其他命令之前，地址命令(4.1)。上述两个问题在版本4.03和更高版本中都得到了解决，但是在设计时要谨慎。可以与旧设备通信的系统。
2.5接通电源的测序
为了保证可靠

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3频率计数器
频率计数器是一种ASIC(芯片)，它为石英晶体振荡器提供了一个接口。传感器。它提供与NXP I2C总线兼容的串行通信。温度和压力可以查询频率，也可以查询芯片ID和状态。可以编写控制位来选择某些特性。传感器。该芯片控制为存储器的写入启用位。在一些型号上有一个7.2MHz的参考时钟，可以用于时钟用户电路。输出可以切换到1kHz，使用软件命令降低功耗。
3.1读取计数器命令
计数器芯片包括两个*独立的频率计数器，提供同步计数。两种频率都没有死时间。读取请求触发芯片将计数数据转移到串行分隔。电路和计数器在分裂发生时又开始计数。可以通过向每个计数器依次发出一个虚拟的Read(参见图9)来查询计数器。如果计数器准备好它将确认(ACK)请求;否则它将不承认(NACK)。如果计数器确认，主必须读取至少一个字节，然后是NACK和STOP以清除总线循环。如果它是还没准备好，主人就应该叫停。在这两种情况下，刚刚处理过的计数器将被重新触发。读一个计数器不会影响另一个计数器上述方法的另一种选择是使用Read Status命令并检查t探测和p探测位。该方法在继续计数时同时返回两个计数器的状态。此外,这两个计数器可以通过写入控制寄存器同时触发(一旦确定计数器是工作的，就可以连续使用所需的gate时间间隔进行查询。如果一个计数器在2.3秒内没有被查询，它将溢出并进入一个降低的电源模式，直到重新触发。通常，master将读取4个字节的数据。对于芯片版本4.02和更大的校验和可读。频率被报告为压力比(XP)或温度(XT)计数除以引用计数。它是表示为无符号的定点数，MSB代表2-1。频率在10kHz范围内。对于100kHz，可以将其读取为一个整数，zui多为32位，而zui重要的字节为1。前5位会。总是为零。gate time (TG)是由主查询每个计数器的频率和从.001到2.3的频率决定的。秒。结果的有效极限是由参考计数的个数决定的。频率NR = TG * FR(约1 / 720万/秒)。增加的闸门时间会更好。精度。用一秒的时间来计算结果的精度大约是由*次开始的23位。非零位。这转化为压力分辨率为0.003 psi(根据模型和实际压力变化)。
3.2校验和
在计数器芯片4.02中添加了校验和特性。读取任何数据，包括频率，状态。或者是Chip ID，校验和输出为第五个字节(参见下面的示例计算)。如果检测到校验和错误。主可以通过继续确认(ACK)字节来重新读取数据。只要主人承认，芯片重新发送原始数据，包括校验和。一个NACK接着是停止终止读取数据。一旦命令终止，原始数据就无法被检索。兼容性说明:读取前四个字节是向后兼容以前的版本。额外的字节以前的版本可以阅读，但应该被认为是噪音。警告:*次读取数据是新的数据。继续读取，而不简单地终止读命令。重新发送旧数据。因此，继续读取计数器或状态而不发出停止，将不会反映新的数据。
3.3编写控制/状态寄存器
控制字允许在频率计数器ASIC中启用或禁用各种特性。阅读和编写控制字的*个字节是向后兼容FPGA版本3.03或更早。额外的在图11和表3中总共添加了32位的控制位。注册和“控制”“状态”寄存器指的是相同的数字位。“控制”是在写入位和控制的上下文中使用的。特性。“状态”在阅读和查询中使用。例如，t检测和p检测位可以。只被阅读为“状态”位。然而，在写入时，需要使用虚拟值来保存位位置。“控制”登记。位30-31:在版本3.01 (0D020301, 0D050301)之前，温度或压力检测是可能的。即使有信号，也保持不动。

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