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1、(10)申请公布号 CN 103674352 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103674352 A (21)申请号 201310696494.7 (22)申请日 2013.12.18 G01L 1/14(2006.01) G01L 9/12(2006.01) (71)申请人 惠州盛太克仪表有限公司 地址 516025 广东省惠州市惠南高新科技产 业园广泰路 18 号 A 栋 3 楼 (72)发明人 李平 (74)专利代理机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 代理人 任海燕 (54) 发明名称 压力变送器信号处理芯片及电容式差压压力 变送器 (57) 摘要 一种。
2、压力变送器信号处理芯片， 含有电容频 率转换电路， 其将与压力对应的电容信号在外围 电路的配合下转化为与压力对应的频率信号。一 种应用压力变送器信号处理芯片的压力变送器， 包括差压电容传感器、 外围电路和压力变送器信 号处理芯片。本发明的压力变送器信号处理芯片 及应用其的电容式差压压力变送器结构简单， 操 作方便， 能够将压力变化转化为电容变化再转化 为频率变化， 使压力变送器输出的信号能够更好 地被计算机兼容。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (10)申。
3、请公布号 CN 103674352 A CN 103674352 A 1/2 页 2 1. 一种压力变送器信号处理芯片， 其特征在于 ： 所述压力变送器信号处理芯片含有电 容频率转换电路， 其将与压力对应的电容信号在外围电路的配合下转化为与压力对应的频 率信号。 2. 如权利要求 1 所述的一种压力变送器信号处理芯片， 其特征在于 ： 其包括电源输入 脚、 电源地引脚、 传感器输入引脚、 参考电压输入引脚、 反馈信号输入引脚和频率信号输出 引脚 ； 所述电容频率转换电路包括比较器， 所述比较器的正相输入端和反相输入端分别连 接所述传感器输入引脚和参考电压输入引脚， 其电源端连接电源输入脚， 其。
4、接地端连接电 源地引脚， 其输出端连接反馈信号输入引脚和频率信号输出引脚。 3. 如权利要求 1 所述的一种压力变送器信号处理芯片， 其特征在于 ： 所述压力变送器 信号处理芯片包括两个电容频率转换电路和一个用于使能所述两个电容频率转换电路中 至少一个的输入通道选择电路。 4. 如权利要求 3 所述的一种压力变送器信号处理芯片， 其特征在于 ： 芯片引脚包括电 源输入脚、 电源地引脚、 第一传感器输入引脚、 第二传感器输入引脚、 参考电压输入引脚、 第 一反馈信号输入引脚、 第二反馈信号输入引脚、 传感器输入通道选择引脚和频率信号输出 引脚 ； 每个电容频率转换电路均包括一比较器， 输入通道选。
5、择电路包括三个与非门和一反 相器 ； 其中第一、 第二比较器的反相输入端相互连接后与参考电压输入引脚相连， 它们的正 相输入端分别接第一和第二传感器输入引脚， 它们的电源端连接电源输入脚， 它们的接地 端连接电源地引脚， 它们的输出端分别连接第一与非门的两个输入端 ； 第一和第二比较器 的输出端还分别连接与第二和第三非门的一个输入端 ； 第一与非门的输出端连接所述频率 信号输出引脚 ； 所述传感器输入通道选择引脚通过所述反相器与第二与非门的另一输入端相连， 其还 与第三与非门的另一输入端相连 ； 第二和第三与非门的输出端分别与所述第一和第二反馈 信号输入引脚相连。 5. 如权利要求 4 所述的。
6、一种压力变送器信号处理芯片， 其特征在于 ： 还包括一第二传 感器输入通道选择引脚， 其通过一缓冲器与所述传感器输入通道选择引脚相连。 6. 如权利要求 1-5 中任意一项所述的一种压力变送器信号处理芯片， 其特征在于 ： 还 包括一用于将所述频率信号进行分频后输出的分频输出电路， 所述分频输出电路包括 393 计数器， 其第一时钟引脚与连接所述频率信号输出引脚， 其两个清零引脚均接地， 其多个输 出引脚分别用于输出基于所述频率信号输出引脚输出信号的多个分频信号， 其电源端连接 电源输入脚， 其接地端连接电源地引脚。 7. 一种应用权利要求 4 所述压力变送器信号处理芯片的压力变送器， 其特征。
7、在于 ： 包 括差压电容传感器、 外围电路和压力变送器信号处理芯片 ； 所述外围电路包括二个反馈电 阻和三个参考电阻 ； 所述差压电容传感器的高压测量膜片引脚与所述压力变送器信号处理 芯片的第一传感器输入引脚连接， 所述压力变送器信号处理芯片第一反馈信号输入引脚通 过一反馈电阻与所述高压测量膜片引脚连接 ； 所述差压电容传感器的低压测量膜片引脚与 所述压力变送器信号处理芯片的第二传感器输入引脚连接， 所述压力变送器信号处理芯片 的第二反馈信号输入引脚通过另一反馈电阻与所述低压测量膜片引脚连接 ； 所述压力变送 器信号处理芯片的参考电压引脚通过第三参考电阻与电源连接， 参考电压引脚还通过第一 权。
8、 利 要 求 书 CN 103674352 A 2 2/2 页 3 参考电阻接地 ； 压力变送器信号处理芯片的频率信号输出引脚通过第二参考电阻与所述参 考电压引脚连接。 8. 如权利要求 7 所述的压力变送器， 其特征在于 ： 所述传感器输入通道选择引脚悬 空。 9. 如权利要求 8 所述的压力变送器， 其特征在于 ： 所述压力变送器信号处理芯片还包 括一用于将所述频率信号进行分频后输出的分频输出电路， 所述分频输出电路包括 393 计 数器， 其第一时钟引脚与连接所述频率信号输出引脚， 其两个清零引脚均接地， 其多个输出 引脚分别用于输出基于所述频率信号输出引脚输出信号的多个分频信号， 其电。
9、源端连接电 源输入脚， 其接地端连接电源地引脚。 权 利 要 求 书 CN 103674352 A 3 1/4 页 4 压力变送器信号处理芯片及电容式差压压力变送器 技术领域 0001 本发明涉及变送器， 特别涉及一种压力变送器信号处理芯片及应用其的电容式差 压压力变送器。 背景技术 0002 由于压力变送器信号处理芯片的技术基本被国外企业垄断， 目前国内的压力变送 器生产商大多从国外购买压力变送器信号处理芯片， 然后设计周边电路组成压力变送器产 品再销售， 利润率较低。正因如此， 国内变送器的生产企业的发展被大大的限制， 始终处于 被动和落后的状态。所以， 尽快提出一种属于国内自主研发的压力。
10、变送器信号处理芯片并 将其应用于生产中成为了解决行业障碍、 突破技术壁垒的关键之举。 发明内容 0003 本发明的目的是为了克服上述背景技术的缺陷， 提供一种电路结构简单实用的压 力变送器信号处理芯片及应用其的电容式差压压力变送器。 0004 一种压力变送器信号处理芯片， 含有电容频率转换电路， 其将与压力对应的电容 信号在外围电路的配合下转化为与压力对应的频率信号。 0005 在一实施例中， 所述压力变送器信号处理芯片包括电源输入脚、 电源地引脚、 传感 器输入引脚、 参考电压输入引脚、 反馈信号输入引脚和频率信号输出引脚。 所述电容频率转 换电路包括比较器， 所述比较器的正相输入端和反相输。
11、入端分别连接所述传感器输入引脚 和参考电压输入引脚， 其电源端连接电源输入脚， 其接地端连接电源地引脚， 其输出端连接 反馈信号输入引脚和频率信号输出引脚。 0006 优选的， 所述压力变送器信号处理芯片包括两个电容频率转换电路和一个用于使 能所述两个电容频率转换电路中至少一个的输入通道选择电路。 0007 优选的， 芯片引脚包括电源输入脚、 电源地引脚、 第一传感器输入引脚、 第二传感 器输入引脚、 参考电压输入引脚、 第一反馈信号输入引脚、 第二反馈信号输入引脚、 传感器 输入通道选择引脚和频率信号输出引脚 ； 每个电容频率转换电路均包括一比较器， 输入通 道选择电路包括三个与非门和一反相。
12、器。其中第一、 第二比较器的反相输入端相互连接后 与参考电压输入引脚相连， 它们的正相输入端分别接第一和第二传感器输入引脚， 它们的 电源端连接电源输入脚， 它们的接地端连接电源地引脚， 它们的输出端分别连接第一与非 门的两个输入端 ； 第一和第二比较器的输出端还分别连接与第二和第三非门的一个输入 端 ； 第一与非门的输出端连接所述频率信号输出引脚。所述传感器输入通道选择引脚通过 所述反相器与第二与非门的另一输入端相连， 其还与第三与非门的另一输入端相连 ； 第二 和第三与非门的输出端分别与所述第一和第二反馈信号输入引脚相连。 0008 作为一种实施方式， 所述的压力变送器信号处理芯片还包括一。
13、第二传感器输入通 道选择引脚， 其通过一缓冲器与所述传感器输入通道选择引脚相连。 0009 优选的， 所述的压力变送器信号处理芯片还包括一用于将所述频率信号进行分频 说 明 书 CN 103674352 A 4 2/4 页 5 后输出的分频输出电路， 所述分频输出电路包括 393 计数器， 其第一时钟引脚与连接所述 频率信号输出引脚， 其两个清零引脚均接地， 其多个输出引脚分别用于输出基于所述频率 信号输出引脚输出信号的多个分频信号， 其电源端连接电源输入脚， 其接地端连接电源地 引脚。 0010 本发明还提供了一种应用上述压力变送器信号处理芯片的压力变送器， 其包括差 压电容传感器、 外围电。
14、路和压力变送器信号处理芯片。所述外围电路包括二个反馈电阻和 三个参考电阻。 所述差压电容传感器的高压测量膜片引脚与所述压力变送器信号处理芯片 的第一传感器输入引脚连接， 所述压力变送器信号处理芯片第一反馈信号输入引脚通过一 反馈电阻与所述高压测量膜片引脚连接。 所述差压电容传感器的低压测量膜片引脚与所述 压力变送器信号处理芯片的第二传感器输入引脚连接， 所述压力变送器信号处理芯片的第 二反馈信号输入引脚通过另一反馈电阻与所述低压测量膜片引脚连接。 所述压力变送器信 号处理芯片的参考电压引脚通过第三参考电阻与电源连接， 参考电压引脚还通过第一参考 电阻接地。 压力变送器信号处理芯片的频率信号输出。
15、引脚通过第二参考电阻与所述参考电 压引脚连接。 0011 其中， 所述传感器输入通道选择引脚悬空。 0012 优选的， 所述压力变送器信号处理芯片还包括一用于将所述频率信号进行分频后 输出的分频输出电路， 所述分频输出电路包括 393 计数器， 其第一时钟引脚与连接所述频 率信号输出引脚， 其两个清零引脚均接地， 其多个输出引脚分别用于输出基于所述频率信 号输出引脚输出信号的多个分频信号， 其电源端连接电源输入脚， 其接地端连接电源地引 脚 本发明的压力变送器信号处理芯片及应用其的电容式差压压力变送器结构简单， 易于 制造， 能够将压力变化转化为电容变化再转化为频率变化， 使压力变送器输出的信。
16、号能够 更好地被计算机兼容， 对于打破国外企业在本领域设下的技术壁垒有突出的贡献。 附图说明 0013 图 1 为本发明第一种实施例中的压力变送器信号处理芯片的芯片引脚图。 0014 图 2 为本发明第一种实施例中的压力变送器信号处理芯片的内部电路图。 0015 图 3 为本发明第一种实施例中的压力变送器信号处理芯片的应用电路图。 0016 图 4 为本发明第二种实施方案的压力变送器信号处理芯片的芯片引脚图。 0017 图 5 为本发明第二种实施方案的压力变送器信号处理芯片的内部电路图。 0018 图 6 本发明一实施例中压力变送器的电路原理图。 具体实施方式 0019 下面将结合附图对本发明。
17、的压力变送器信号处理芯片及应用其的电容式差压压 力变送器作进一步的描述。 0020 本发明的压力变送器信号处理芯片的功能是将接收到的电容信号转换为频率信 号输出。 具体的， 该芯片包括一电容频率转换电路， 其用于将与压力对应的电容信号在外围 电路的配合下转化为与压力对应的频率信号。 0021 实施例一 ： 说 明 书 CN 103674352 A 5 3/4 页 6 如图 1 所示， 该压力变送器信号处理芯片包括 10 个引脚， 具体为电源地引脚 GND （引脚 号为 1） ， 反馈信号输入引脚 FB0（引脚号为 2） ， 传感器输入引脚 IN0（引脚号为 3） ， 参考电 压输入引脚 VR（。
18、引脚号为 6） ， 频率信号输出引脚 OUT1、 OUT8、 OUT16、 OUT32、 OUT64（引脚号 分别为 7、 8、 9、 10 和 11） 和电源输入脚 VCC。其中， 引脚 OUT8、 OUT16、 OUT32、 OUT64 分别为 对引脚 OUT1 输出的信号进行 8 分频、 16 分频、 32 分频和 64 分频后进行输出的引脚。 0022 如图 2 所示， 该压力变送器信号处理芯片的内部电路包括用做电容频率转换电路 的比较器 U82A 和用于进行分频以实现多种频率输出的计数器 U83。比较器 U82A 的正相输 入端和反相输入端分别连接传感器输入引脚 IN0 和参考电压输。
19、入引脚 VR， 其电源端连接电 源输入脚 VCC， 其接地端连接电源地引脚 GND。比较器的输出端连接反馈信号输入引脚 FB0 和频率信号输出引脚 OUT1， 同时还与计数器 U83 的第一时钟引脚 1CLK 相连。 0023 计数器 U83 采用二进制计数器 393 系列芯片， 例如 74LS393。本实施例中， 计数器 U83的第一时钟引脚1CLK与比较器U82A的输出端相连， 其两个清零引脚1CLR和2CLR均接 地， 输出引脚 1QC、 1QD、 2QA、 2QB 分别接频率信号输出引脚 OUT8、 OUT16、 OUT32、 OUT64， 其电 源端连接电源输入脚 VCC， 其接地端。
20、连接电源地引脚 GND。此外， 计数器 U83 的第二时钟引 脚2CLK连接其输出引脚1QD。 采用计数器U83对比较器输出的频率信号进行分频是为了适 应不同的电路需求。 0024 在一实际应用中， 如图 3 所示， 由电容传感器 （其输出端标为 C1） 、 反馈电阻 R1、 电 阻 R3、 R4 和 R5 组成的外围电路配合压力变芯片芯片， 构成一 RC 自振荡电路， 从而使芯片频 率信号输出引脚输出计算机可识别的、 且频率与电容传感器的输出电容相关的方波信号。 0025 实施例二 ： 如图4所示， 本实施例中的压力变送器信号处理芯片比实施例一中的芯片多4个引脚， 共有 14 个引脚。比实施。
21、例一中的压力变送器信号处理芯片多出来的引脚为第二反馈信号 输入引脚 FB1（引脚号为 5） ， 第二传感器输入引脚 IN1（引脚号为 4） ， 以及两个传感器输入 通道选择引脚 SWC0 和 SWC1。 0026 如图 5 所示， 该压力变送器信号处理芯片的内部电路与实施例一相比采用了两个 电容频率转换电路、 一个输入通道选择电路和一作为分频部的计数器 U83。 0027 其中， 第一电容频率转换电路包括比较器 U82A（为描述方便， 以下称为第一比 较器） ， 第二电容频率转换电路包括第二比较器 U82B， 输入通道选择电路包括三个与非门 U81B、 U81C、 U81D、 一个反相器 U8。
22、6B 和一个缓冲器 U17A。 0028 第一比较器 U82A、 第二比较器 U82B 的反相输入端相互连接后与参考电压输入引 脚 VR 相连， 它们的正相输入端分别接传感器输入引脚 IN0 和 IN1（也即第一和第二传感器 输入引脚） ， 它们的电源端连接电源输入脚 VCC， 它们的接地端连接电源地引脚 GND， 它们的 输出端分别连接与非门 U81C 的两个输入端 3A 和 3B。第一和第二比较器 U82A 和 U82B 的输 出端还分别连接与非门 U81B 的输入端 2B 和 U81D 的输入端 4A。 0029 与非门U81C的输出端3Y连接压力变送器信号处理芯片的频率信号输出引脚OU。
23、T1 及计数器 U83 的第一时钟引脚 1CLK。缓冲器 U17A 的输入端连接传感器输入通道选择引脚 SWC0， 其输出端连接反相器 U86B 的输入端和与非门 U81D 的输入端 4B。反相器 U86B 的输出 端和与非门 U81B 的输入端 2A 相连， 其输入端还连接传感器输入通道选择引脚 SWC1。与非 门 U81B 和 U81D 的输出端分别接反馈信号输入引脚 FB0 和 FB1。 说 明 书 CN 103674352 A 6 4/4 页 7 0030 在实际应用中， 所述压力变送器信号处理芯片的传感器输入引脚 IN0 和 IN1 中的 至少一个连接电容传感器， 再配合外围电路， 。
24、与其内部的比较器共同形成 RC 自振荡电路， 产生与电容传感器的输出信号相关的频率信号。 通常情况下传感器输入通道选择引脚SWC1 处于悬空状态 （当后续扩展连接隔离电路时可用到） ， 对于传感器输入通道的选择由传感器 输入通道选择引脚 SWC0 控制。当传感器输入通道选择引脚 SWC0 置 0 时， 压力变送器信号 处理芯片的第一电容频率转换电路工作， 即芯片输出来自第一比较器 U82A 的信号。当传感 器输入通道选择引脚SWC0置1时， 所述压力变送器信号处理芯片的第二电容频率转换电路 工作， 即芯片输出来自第二比较器 U82B 的信号。当传感器输入通道选择引脚 SWC0 悬空时， 所述压。
25、力变送器信号处理芯片的两个电容频率转换电路同时工作， 此时外部电路可以连接 差压电容传感器。 0031 下面结合附图5和附图6对应用上述压力变送器信号处理芯片的差压电容压力变 送器做进一步地说明。 0032 一种应用压力变送器信号处理芯片的压力变送器， 其结构原理如图 6 所示， 其包 括差压电容传感器 111、 外围电路 112 和压力变送器信号处理芯片 113。 0033 如上述所述的压力变送器， 其外围电路中包含五个电阻 R1、 R2、 R3、 R4 和 R5， 分别 是二个反馈电阻和三个参考电阻。 压力变送器信号处理芯片采用实施例二中的压力变送器 信号处理芯片。 0034 具体的， 所。
26、述差压电容传感器的高压测量膜片引脚 CH 与压力变送器信号处理芯 片的传感器输入引脚 IN0 连接， 压力变送器信号处理芯片的反馈信号输入引脚 FB0 通过第 一反馈电阻 R1 与高压测量膜片引脚 CH 连接。差压电容传感器的低压测量膜片引脚 CL 与 压力变送器信号处理芯片的传感器输入引脚 IN0 连接， 压力变送器信号处理芯片的反馈信 号输入引脚 FB1 通过第二反馈电阻 R2 与所述低压测量膜片引脚 CL 连接。 0035 压力变送器信号处理芯片的参考电压引脚 VR 通过第三参考电阻 R5 与电源 VCC 连 接， 参考电压引脚 VR 还通过第一参考电阻 R3 接地。压力变送器信号处理芯。
27、片的信号输出 引脚 OUT 通过第二参考电阻 R4 与所述参考电压引脚 VR 连接。 0036 该压力变送器配合差压电容传感器使用， 所以所述变送器芯片的传感器输入通道 选择引脚 SWC0 和辅助传感器输入通道选择引脚 SWC1 均处于悬空状态。 0037 工作时， 压力作用于差压电容传感器上， 差压电容传感器因自身特点输出高压电 容变化信号和低压电容变化信号。 所述高压电容变化信号传输到所述传感器输入端FB0， 所 述低压电容变化信号传输到传感器输入端 FB1 ； 所述压力变送器信号处理芯片在外围电路 的配合下， 分别将高压电容变化信号和低压电容变化信号转化成两个振荡信号， 由所述压 力变送。
28、器信号处理芯片内部对两个信号的处理并转化， 最终输出一个方波信号， 所述方波 信号的频率与差压电容传感器输出信号相关。 0038 本发明的压力变送器信号处理芯片及应用其的电容式差压压力变送器结构简单， 易于制造， 能够将压力变化转化为电容变化再转化为频率变化， 使压力变送器输出的信号 能够更好地被计算机兼容， 对于打破国外企业在本领域设下的技术壁垒有突出的贡献。 0039 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明， 但是本发明并不限于上述实施 方式， 在本领域普通技术人员所具备的知识范围内， 还可以在不脱离本发明宗旨的前提下 作出各种变化。 说 明 书 CN 103674352 A 7 1/3 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103674352 A 8 2/3 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103674352 A 9 3/3 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103674352 A 10 。