骯臟，嘈雜，凌亂的工業工廠環境似乎是人們期望找到高科技的最后一個地方。現代工廠環境中遇到的無限種材料的壓力，溫度或流量等世界各種功能，包括水，石油，油漆，果汁，面包面團或鋼材，都需要在極具挑戰性的環境中達到令人驚訝的測量精度水平 - 不斷提高對更高精度的要求，以提高成本和效率，并減少對環境的影響。

首先，考慮到由于周圍環境的影響，許多傳感器技術實際上提供的總體測量精度低于0.1％，這是由于它們自身的物理特性和誤差。熱電偶和光電傳感器的非線性，稱重傳感器蠕變，應變計偏移漂移以及其他誤差源都會使偏移處的測量值降低。此外，觀察到大多數流行的傳感器技術在輸出端提供僅幾分之一伏的輸出（熱電偶或應變計中的數十mV，激勵電壓為10 V或更低），并且它們的尺寸小（對于快速響應時間，小尺寸和對被測介質的最小影響，導致非常高的阻抗（接近零電流），或者對通過傳感器的偏置電流引起的偏移誤差的高靈敏度。最后，觀察一下，在大多數情況下，過程本身的物理布置帶來了許多挑戰，包括導致電氣干擾的長電纜長度，由于所涉及的環境而導致的包裝困難，當然還有上述骯臟，嘈雜的工廠混亂地板上裝有電機，螺線管，接觸器，交流加熱器等。

如果我們希望在這種環境中保持傳感器的準確性，我們必須考慮到各種誤差產生因素的影響。它們包括工作溫度范圍，在100°C的范圍內，因此需要仔細的溫度補償。由于偏置電流導致連接器上的電壓降和長引線長度（包括雙金屬界面處的熱電效應）和感應噪聲的偏移誤差通過利用諸如雙線，差分傳感和比率電路配置的技術來解決，這些技術利用了精心設計的測量電路的CMRR（共模誤差抑制比）。還必須考慮電源變化，要求電路設計為提供高PSRR（電源誤差抑制比）。

圖1：典型的工業壓力傳感器電路。

設計人員必須完成的數值分析和關鍵誤差預算，以便可靠地實現所需的總體測量精度，這與我們在此處討論過的因素相當。但是，他有許多技術可以解決這些錯誤，包括上面提到的電路設計技術，以及校正和校準技術，它們利用高分辨率A/D轉換來執行軟件校準，并存儲校正系數。非易失性存儲器。仔細選擇傳感器緩沖放大器，電壓基準和A/D轉換器對于實現我們一直在討論的測量精度至關重要，并且定期繼續出現提高測量精度的現有技術的新解決方案。這些器件擴展了最先進技術的能力，包括設計，布局和測試技能，以及實現這一性能水平所需的先進混合信號半導體工藝。

從傳感器開始，我們可以看到第一個接口的性能是設計中最重要的部分，因為它需要從敏感的低電平信號中獲得最佳效果。然后將該信號傳送到模數轉換器（ADC）的輸入端，該模數轉換器被要求將放大器的輸出數字化為所需的分辨率，并且希望精確。雖然精密ADC的精度規格 - 在完美條件下從臺架和ATE測試中獲得 - 是一個最佳案例目標，但實際上有許多錯誤來源需要處理，而這個最具挑戰性的設備展示了藝術的巔峰混合信號設計和過程。此外，我們必須記住任何ADC測量僅與連接到它的參考電壓一樣準確，因此要求信號源至少與傳感器本身一樣穩定且無噪聲。很容易理解為什么這類系統的設計者在他們的設計中往往不同尋常地不妥協，只有當他們確信他們的第一次努力已被證明超出他們的系統需求時才能偷工減料。

在低噪聲，高精度放大器中，過去幾年出現了“零漂移”這一術語，作為描述器件各個誤差規范的整體精度水平的一種方法 - 初始值和漂移包括時間和溫度 - 每個都在典型應用中引入與總測量值大致相同的誤差幅度。 Vos，或輸入失調電壓以及相關的漂移是精密放大器的首要考慮因素，前沿斬波穩定的ISL28134能夠快速展示出卓越的性能，保證了2.5μV的偏移量，在此產品領域處于領先地位。 TCVOS（漂移）僅為每攝氏度15 nV，而LTD（長期漂移）低于本底噪聲，這絕對是一個值得認真對待的設備。輸入偏置電流為120 pA，在0.1 Hz和10 Hz之間僅有250 nV噪聲 - 對于許多類型的高精度，高阻抗傳感器而言非常出色 - 我們可以看到，我們擁有一個真正強大的解決方案，值得考慮進行高端設計。

圖2：ISL28134輸入電壓噪聲密度。

圖3：ISL2813x系列長期漂移。

同樣，數據轉換的第一個事實是ADC只能用于進行測量的電壓基準（除非我們運行如上所述的比例式布置），因為轉換實際上是對比之間的比較。兩個電壓。引領精密市場的是新的ISL21090，這是一種新的參考，它首次為市場帶來了總誤差水平（初始值，偏移漂移，線路和負載調節，噪聲和長期漂移之和），它滿足最高分辨率應用的需求。該特定設備的業界領先性能引起了極大的關注，包括作為2011年度EN-Genius產品的認可，證實了Intersil越來越關注精密模擬解決方案 - 并取得了成功。該設備是Intersil最先進的PR40高級雙極過程的展示。 PR40工藝在鍵合的絕緣體上硅（BSOI）襯底上制造，并使用深溝槽隔離（DTI）來構建具有完全電介質隔離的器件。該工藝采用核心 - 雙極性基礎和可選的器件模塊，可根據需要添加，以促進特定產品的低成本制造。

圖4：ISL21090電壓噪聲。

將注意力轉向A/D轉換器，為獲得最高的測量精度，使用過采樣，通常稱為Delta-Sigma ADC。返回我們的0.1％傳感器精度指南，相當于10位精確測量。在100度溫度范圍的產品中可以看到誤差預算的粗略計算，偏移誤差是傳感器信號的兩倍到10倍，共模噪聲和10 mVFS信號之上的一伏特或更高的漂移我們希望我們的前端放大器的100 dB CMRR能夠消除。很容易理解為什么設計人員會期待A/D轉換器提供額外的測量分辨率，以便去除軟件中可重復的系統誤差源。高流量控制環路（典型的工業電路）采用12至16位ADC，運行速率為125 kSPS至1 MSPS，以完成工作。測量重量和溫度等緩慢變化的最高精度，低頻率應用，包括認證交易秤或高容量工業設備，可通過軟件校準方法尋找20位無噪聲分辨率，以達到其測量目標。

Intersil重新開始專注于低噪音工業應用的轉換器，為設計技能提供了極好的證明。 ISL26132和ISL26134，低噪聲24位Delta-Sigma ADC具有2或4通道輸入，具有極低噪聲PGA（10 SPS時為10.2 nV/rt-Hz），可實現高達21.6 bit的無噪聲分辨率，可通過易于使用的串行數字接口訪問。該設備可立即升級到稱重秤和溫度測量系統中的現有設計，無需修改。正如您在圖5中所看到的，如此低的零件數量，可靠地實現如此高水平的測量精度從未如此簡單。

圖5：稱重應用示例。

回顧困難的工業環境的需求，Intersil重新關注Precision Analog的價值以及由此產生的最新產品的卓越性能顯而易見。隨著前沿解決方案不斷增加，未來的產品無疑將繼續展現出這一重點。