第一章 产品简介
1.1产品概述
JPSH-S与JPSH-M系列气压传感器是一款出厂标定过的带数字输出与模拟输出的压阻式压力敏感元件,区别于JPSQ系列产品,JPSH采用的是精密环氧树脂灌封外壳,其有着更低的热形变量与更好的机械性能。
其核心是一款利用MEMS工艺加工的硅压阻式敏感元件,该压力敏感芯片由一个弹性膜和集成在膜上的四个电阻组成,四个压敏电阻形成了惠斯通电桥结构,当有压力作用在弹性模算上时电桥会产生一个与所加压力成线性比例关系的电压输出信号,同时部分产品内部安装了数字处理芯片,通过出厂的标定实现精准的免标定输出。
经过工厂的预设标定后,JPSH-S与JPSH-M系列气压传感器具有典型状态下±1%Fs的标定精度,可以数字信号输出,以及标定后的模拟量输出。
1.2 应用领域
l 电子血压计、呼吸机、制氧机、监护仪等医疗领域
l 胎压计、MAP、转向助力、刹车助力等汽车电子领域
l 按摩器、按摩椅、气垫床等运动健身器材领域
l 真空包装机、真空搅拌机、真空破壁机、真空保鲜盒、真空泵等真空负压领域
l 洗衣机、啤酒机、咖啡机、吸尘器、净水压机、力仪表、气动元件等领域
1.3 可选规格
型号 | 描述 |
JPSH-SXXXX-D | 单气嘴数字信号输出(已标定) |
JPSH-MXXXX-D | 单气嘴模拟信号输出(已标定) |
JPSH-SXXXX-S | 双气嘴数字信号输出(已标定) |
JPSH-MXXXX-S | 双气嘴模拟信号输出(已标定) |
第二章 主要参数
2.1产品参数
指标 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
标准量程 | 0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20、40、100、200、700 | KPa |
工作温度 | -20 | | +80 | ℃ |
补偿温度 | 0 | | +60 | ℃ |
存储温度 | -40 | | +125 | ℃ |
供电电压 | 1.8 | 3.3 | 3.6 | V |
工作电流(1Hz采样) |
| 5.4 |
| uA |
峰值电流 | | 760 | | uA |
待机电流 |
| 0.1 | | uA |
压力绝对精度 (@25℃) | -1.0 | | +1.0 | %Fs |
温度绝对精度 (@25℃) | | ±0.5 | | ℃ |
温度绝对精度 (0-65℃) | | ±1.0 | | ℃ |
长期稳定性 | | ±TBD | | hPa |
回流焊漂移 | -0.5 | | +1 | Pa |
采样率 | 157 | 182 | TBD | Hz |
备注:本表是在基准状态下测试,其中温漂的测试范围为0-60℃,气压传感器产品请用于无腐蚀气体介质中。
压力换算:100kPa=0.1MPa=1Bar≈14.5PS≈750mmH
通信参数
指标 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
F(SCL) | 0 | - | 400 | Khz |
TW(SCLL) | 1.3 | - | - | Us |
TW(SCLH) | 0.6 | - | - | Us |
TW(SCLL) | 100 | - | - | Ns |
TW(SCLL) | 0.02 | - | 0.9 | Us |
图2.1 IIC通讯示意图
2.2 产品外观图
2.3 产品封装尺寸
图2.3单气嘴气压传感器(上为主视图结构,下为俯视图结构)
图2.4双气嘴气压传感器(上为主视图结构,下为俯视图结构)
2.4 引脚定义
引脚 | 名称 | IO类型 | 描述 | 连接 |
1-4、8、9、12-16 | NC | 空脚 | 不连接 | 不连接 |
5 | AIO | 输出 | 模拟量输出 | 模拟信号输出 |
6 | GND | 供电 | 接地 | 地 |
7 | VDD | 供电 | 电源 | 电源 |
10 | SDA | 输入/出 | 串行数据线 | I2C数据线 |
11 | SCL | 输入 | 串口时钟线 | I2C时钟线 |
图2.4单气嘴引脚图
图2.5双气嘴引脚图
第三章 工作流程
3.1 功能描述
JPSH-S与JPSH-M通过I2C接口可以直接和MCU连接通讯。温度和压力数据都必须用存储在非易失性存储器(NVM)的系数进行补偿。这些系数是在工厂校准的时候写入的,无需客户自行进行标定。
产品包含一个MEMS微差压硅压力传感器芯体和一个数字补偿信号调理芯片。其中调理芯片包含模拟前端放大、24位△∑ADC、控制单元、非易失存储器及I2C接口。传感器通过模拟前端放大和AD转换获得未补偿的压力和温度原始数据。各项校准系数存放在NVM内,用于零点、灵敏度、零点和灵敏度温度系数及线性等参数性能补偿。
针对模拟量输出的产品,内部由一个12BitDAC输出模拟信号后经过调理后输出各类型电压信号。
图3.1内部等效电路
3.2 温度、压力测量
MCU通过I2C接口启动温度和压力测量,采样完成后,芯片会自动进行补偿计算。在等待过程中,MCU通过读取状态位,判断测量是否完成。测量完成后,MCU通过I2C接口读取温度和压力的原始数据。
3.3 测量时序
测量数据的输出速率(ODR)是由外接MCU控制的。测量由传感器收到的I2C命令决定。测量完毕后,传感器进入睡眠模式。测量数据可以通过I2C接口获取。在动态测量中,ODR可以达约每秒100次。对于ODR较高的应用,考虑到传感器自发热和热平衡特性,建议设置恒定的tdelay。这将有利于减少传感器和环境之间的无规律的热交换。建议的测量时序如下图:
图3.3测量时序图
考虑到低功耗,可以每秒测量一次温度多次压力。
对于低ODR或基于主机同步的应用,tdelay只要大于0.5ms即可。通过协调能量消耗、工作速度和精度来获得优化的结果。
3.4输出信号
本产品数据输出包含原始温度数据和压力数据。原始压力数据和温度数据需要转换成可读的压力值和温度值。
原始压力数据按照如下公式转换成可读的压力值:
其中Pmax和Pmin分别代表可读压力值的最大值和最小值,单位Kpa。
Rmax和Rmin分别对应压力值示数的最大值和最小值的百分比,默认为100%和0%。
RawData为通过I2C读取的原始数据。
以0-100Kpa的传感器为例,其Pmax=100Kpa,Pmin=0Kpa。
假设对到的rawData为382127,计算其代表的压力:
原始温度数据按照如下公式转换成可读的温度值:
假设读取到的tempData为19356,计算现在的温度:
第四章 IIC接口
I2C从设备接口与飞利浦I2C规格兼容,支持标准和快速模式。SDA和SCL这两个PAD都含有对VDD和对GND的ESD保护二极管电路。由于SCL不进行I2C协议中的时钟延展操作(clockstretching),所以SCL是高阻输入结构,并没有下拉能力。
传感器的7位地址是1111000(0x78)。
4.1 IIC读状态
不管是传感器处在哪种读数据模式(RW=‘1’,地址11110001),第一个输出的字节是状态字节。为读取传感器的状态,I2C主设备要在状态字节后发送NOACK和stop条件,如下图:
图4.1 IIC读状态
状态字节提供传感器的工作状态信息:
状态位 | 含义 | 描述 |
Bit7 | 保留 | - |
Bit6 | 电源指示 | 1:ADC上电 0:ADC未上电 |
Bit5 | 忙碌指示 | 1:忙,传感器正在测量,结果未准备好,不执行新指令 0:空闲,最近的一个指令已经执行完毕,数据已经准备 |
Bit4-Bit0 | 保留 | - |
4.2 IIC写测量指令
压力或温度的测量是在写模式下发送命令来触发的。主设备(MCU)在写模式下发送从器件地址(RW=‘0’,地址11110000),然后发送命令字节最后由停止条件结束处理过程。
图4.2 IIC写测量命令
其中测量命令为0XAC。
4.3 IIC读测量指令
压力或温度测量被4.2描述的I2C命令触发后,芯片开始测量并把测量结果放在输出缓冲区。I2C命令触发且等待大于对应的测量时间后,I2C主设备就可以读取压力和温度的原始数据。主设备也可以通过I2C定期检查从设备是在忙还是在闲的状态,若是从设备处于闲的状态,说明测量结果已经准备好,可以读取。
S | SlaveAddr | 1 | A | Byte0 | A | Byte1 | A | Byte2 | A | Byte3 | A | Byte4 | A | Byte5 | N | p |
图4.3 IIC读测量命令
字节 | Byte0 | Byte1 | 0x59 | Byte3 | Byte4 | Byte5 |
定义 | 状态 | rawDat[23:16] | rawDat[15:8] | rawDat[7:0] | tempData[15:8] | tempData[7:0] |
范例 | 0x04 | 0x59 | 0x18 | 0xA0 | 0x57 | 0x94 |
| 有效 | 压力原始数据:0x5918A0 | 温度原始输出0x5794 |
第五章 注意事项
由于本产品为热容量较小的小型构造,因此请尽量减少来自外部的热量的影响。否则可能会因热变形而造成破损,引起特性变动。请使用非腐蚀性的松香型助焊剂。另外,由于产品暴露在外,因此请注意不要使助焊剂侵入内部。
1)手焊接
l 请使用头部温度在260~300℃(30W)的电烙铁在5秒以内实施作业。
l 在端子上施加负载进行焊接的情况下,由于输出可能会发生变化,因此请注意。
l 请充分清洗电烙铁头。
2)波峰焊
l 在温度为260℃以下的DIP焊锡槽内,在5秒以内实施作业。
l 安装在热容量较小的基板上时,可能会发生热变形
l 因此请避免采用波峰焊方式
3)回流焊接(LGA或SOP)
推荐的回流炉温度设置条件如下所示:
图5.1回流炉温度设置
因为由于焊接装置、环境条件等原因,传感器的外端因为高温可能会发生溶解和变形,贴装温度参数务必根据实际情况自行调节。
4)焊接部的修焊
l 请一次性完成修焊。
l 对搭焊进行修正时,请使用头部形状较平滑的电烙铁,请勿追加涂敷助焊剂。
l 关于电烙铁头部的温度,请使用上文要求温度以下的电烙铁。
5)在端子上施加过度的力后,会引发内部变形,可能会导致产品损坏
6)印刷板的翘度相对于整个传感器应保持在0.05mm以下。
7)安装传感器后,对基板进行切割弯折时,请注意不要在传感器侧产生应变力。
8)由于传感器的金属端子为外露构造,请注意ESD防护。请注意不要用金属片或者手等触摸。
9)焊接后如果需要涂覆三防漆等药剂,请注意不要使传感器上面粘上药剂。
第六章 产品命名规则与选型
名称 | 类别 |
精讯畅通压力系列传感器 | JPSH- |
输出信号 | -S:IIC数字信号 | -M:模拟信号 |
最低量程 | 10:-100KPa 04:-40KPa 02:-20KPa 01:-10KPa 00:0KPa |
最高量程 | D1:100pa D2:200pa D5:500pa M1:1Kpa M2:2Kpa M5:5Kpa 01:10Kpa 02:20Kpa 03:35KPa 07:70Kpa 10:100Kpa 60:600Kpa 1M0:1Mpa 1M6:1.6Mpa 4M0:4MPa 6M0:6MPa 10M:10MPa 16M:16MPa 40M:45MPa 100M:100MPa |
封装 | -D:单气嘴SOP6封装 -S:双气嘴SOP6封装 |