宽温度范围数字气压传感器CM5534

北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 1 CM5534 (RoHS * )气压计模块 CM5534 是表面贴封混合元件包括一个压阻式压力传感器和模数转换 器接口集成电路。圆形不锈钢帽里面采用防水透明硅胶密封，传感器 从硅胶正面感应压力。它提供了来自压力和温度随电压变化的 16 位数 据字。此外，为传感器高度精确的软件校准该模块包含 6个可读系数。 模块拥有一个三线接口，可用于与微控器的各种通信。该产品将传感器将感应的压力和温度输出 的电压通过 16ADC 后输出数字信号，通过微处理器处理可以得到气压值，温度值，以及高度值。 特点： 供电电压 2.2 V～3.6 V -40°C ～+125°C 操作温度 10 -1100 mbar 绝对压力测量 模块内部储存有 6 个补偿参数 压阻硅微机械传感器 小体积 9.0×9.0×4.28mm 16位数模转换器 3线串行接口 1个系统时钟线 (32.768 kHz) 低电压和低功耗 防水处理 CM5534 结构图 管脚配置: 管角名称 管角 类型 功能 GND 1 G 地 SCLK 2 I 串行数字接口 DOUT 3 O 输出 DIN 4 I 输入 MCLK 5 I 主频时钟 VDD 6 P 供电电压 PEN(1) 7 I 编程使能端 PV(1) 8 N 负编程电压 注意：1）管脚7和8，仅用于厂家校准，不用连接。 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 2 额定值 参数 符号 环境 Min Max Unit 备注 供电电压 VDD Ta=25℃ -0.3 4 V 存储温度 Ts -40 +125 ℃ 1 过载压力 P CM5534M,Ta=25℃ 10 bar 2 注意： 1 ）在干燥和非腐蚀环境中存储和使用。 2 ）CM5534M 符合 ISO2281 ，并且能够在盐液中抵御 11bar 的绝对压力和 100m 水深压力。 工作环境 (Ta = 25°C, VDD = 3.0 V 除非其他说明) 参数 符号 环境 Min. Typ. Max 单位 工作压力范围 p 10 1100 mbar 供电电压 VDD 2.2 3.0 3.6 V 供电电流 平均值（1） 转换期间（2） 待机（无转换） Iavg Isc Iss VDD = 3.0 V 4 1 0.1 µA mA µA MCLK（3）消耗电流 MCLK = 32.768 kHz 0.5 µA 工作温度范围 T -40 +125 °C 转换时间 tconv MCLK = 32.768 kHz 35 ms 外部时钟信号（4） MCLK 30.000 32.768 35.000 kHz MCLK的占空比 40/60 50/50 60/40 % 串行时钟 SCLK 500 kHz 注意 1) 当CM5534的串行口接到转换指令后开始转换，假设每秒将压力值、温度值转换一次。 2) 转换中模块将自动开合以减少电源消耗，一个转换周期的时间大约是2毫秒。 3) 当CM5534处在待机模式时，通过断开MCLK可以减少这个消耗电流。 4) 由于传感器对时钟跳变非常敏感，建议采用晶振方波时钟信号。 数字输入 (T = -40°C .. 125°C, VDD = 2.2 V .. 3.6 V) 参数 符号 环境 Min Typ Max 单位 输入高电压 VIH 80% VDD 100% VDD V 输入低电压 VIL 0% VDD 20% VDD V 信号上升时间 tr 200 ns 信号下降时间 tf 200 ns 数字输出 (T = -40°C .. 125°C, VDD = 2.2 V .. 3.6 V) 参数 符号 环境 Min Typ Max 单位 输入高电压 VOH Isource = 0.6 mA 75% VDD 100% VDD V 输入低电压 VOL Isink = 0.6 mA 0% VDD 20% VDD V 信号上升时间 tr 200 ns 信号下降时间 tf 200 ns 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 3 模数转换器 (T = -40°C .. 125°C, VDD = 2.2 V .. 3.6 V) 参数 符号 环境 Min Typ Max 单位 分辨率 16 Bit 线性范围 0 40000 LSB 转换时间 MCLK = 32.768 kHz 35 ms INL 线性范围内 -4 +4 LSB 压力输出特性 考虑到CM5534系统提供的标定数据（储存于模块中） 可以获得如下的参数： (VDD = 3.0 V除非其他说明) 参数 环境 Min Typ Max 单位 备注 分辨率 0.1 mbar 1 绝对压力精度 p=750 ～1100mbar Ta =25°C -1.5 +1.5 mbar 2 相对压力精度 p=750 ～ 1100mbar Ta =25°C -0.5 +0.5 mbar 3 T = 0°C～+85°C P=300～1000mbar -2 +2 mbar 4 温度上的最大误差 T = -40…+125°C P=300～1000mbar -8 +5 mbar 4 长期稳定性 12 个月 -1 mbar 5 供电电压基础上的最大 误差 VDD =2.2～3.6V P=const. -1.6 +1.6 mbar 注意 1) 考虑到ADC 的噪声影响，我们将传感器分辨的压力值取2-4个平均值做为稳定的压力分辨率。平均数取 的越多可获得的分辨率就越高 2) 全量程的最大误差 3) 在采压点进行压力校准后，全量程的最大误差 4) 进行2阶温度补偿后所获得的参数。 5) 在未焊接情况下的长期稳定性。 温度输出参数 温度在大多数应用中用不到，但是对压力输出进行温度补偿却非常重要。 (VDD = 3.0 V 除非其他说明) 参数 环境 Min Typ Max Unit Notes 分辨率 0.005 0.01 0.015 °C T = 20°C -0.8 0.8 °C 精度 T = -20 .. +85°C T = -40 .. +125°C -2 -6 +2 +3 °C °C 1 1 基于供电电压的最大误差 VDD = 2.2 .. 3.6 V -0.2 + 0.2 °C 2 注意 1）在进行二阶温度补偿下所测得的结果 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 4 2）在Ta = 25 °C 典型性能曲线 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 5 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 6 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 7 功能 总述 CM5534将一个压阻式传感器和模数转换器集成在一起的模块芯片。 主要作用是将压阻式压力传感器输出的未 补偿模拟电压信号转换成16位的数字值，同时也能够输出温度值。 压力测量（16位）“D1” 温度测量（16位）“D2” 如果仅仅依靠温度和容差处理，压力传感器的输出误差很大，所以对他们的补偿是必要的。这个主要依靠外部 处理器进行软件补偿。 *对于压力和温度测量使用同一个ADC (sigma delta交换器) ： *压力测量是通过将传感器输出的差分电压转换成数字信号输出。 *温度测量是通过传感器的电桥电路的阻值变化来测量和转换的。 在两次测量期间为了减少电力功耗，传感器只能打开很短的时间。传感器电桥的基质由电源VDD经过ADC转换后 的电平决定，与供电电压大小无关。 工厂校准 每个模块都是在两个单独的温度和压力下进行校准。 因此，每个模块上面储存有6个补偿系数用来对加工变化 和温度变化进行补偿。微型控制器通过软件读取这64位(分成四个16位字节)并且用于D1和D2的修正。 压力和温度测量 压力和温度的读数次序和软件补偿操作在图3，图5的图里有描述。 首先通过串行接口读取字节1到字节4。重新起动连接CM5534串行接口的微控制器后可以立即完成字节1到字节4 的读取。 其次补偿系数C1到C6通过逻辑和转移操作逐位提取(参见图4). 压力测量时微控制器在读信号期间(例如每秒钟)必须通过串行接口读出16位压力(D1)值和16位温度(D2)值。然 后，根据图3的运算法则，通过D1、D2、C1-C6计算出补偿后的压力值(根据图5，可能使用二次方温度补偿). 计算过程中，变量都是按照16位来进行计算的，得到的结果也许达到了32位。如下图3所示，在计算中每次乘 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 8 法都伴随着一次除法， 该除法是通过逐位转移来完成的(除数是2的幂次方)。这些都是为了保证被除后的值在 65536内 (16位)。 读取字节1到字节4，D1和 D2的时序图，请参见“串行接口”章节 图3 压力/温度读取和软件补偿流程图 从 CM5534 模块的 PROM 中读取校准数据 从 CM5534 中读取数字温度值 从 CM5534 中读取数字压力值 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 9 注意 1) D2的读取频率可以设置低一些，读出的温度结果将是较为不稳定的。 2) 当分辨率为0.1mbar时，为了显示值较为稳定，建议显示的时候采用8个压力值的平均值。 二阶温度补偿 为了在整个温度范围内获得的更好的精度，建议对传感器的非线性进行补偿。通过二阶温度补偿 可以提高精度。二阶参数计算如下： 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 10 串行接口 CM5534 通过 3 线同步串行接口与微处理器和其它数字处理系统进行通信正如图 1 所示。当 SCLK（串行时钟） 处于上升沿时启动 CM5534 的数据转换和数据传输，CM5534 的采样点信号转换和通信同步进行。因此微处理器 在读取采样点数据时 SCLK 应处于电平下降沿，同时将此下降沿信号传送给 CM5534。 SCLK 信号由微处理器系统产生。从 CM5534 的 DOUT 管脚输出的要么是转换后的数字数据，要么是读取的存储 在模块里面的用于软件校准的参数。此外 DOUT (数据输出管脚)输出的信号，也被用来表示转化状态(转换准 备就绪信号，参见下面)。由管脚 DIN (数据输入)上的相应的指令来来判断输出的数据是转换的数字数据还是 校准参数。 下面列出了可能的输出数据说明: * 测量的压力信号经过ADC转换后输出的数字信号(见图6a )“D1” * 测量的温度信号经过ADC转换后输出的数字信号(见图6b )“D2” * 字1的校准数据读出序列 (见图6c ) * 字2的校准数据读出序列 (见图6d ) * 字1的校准数据读出序列 (见图6c ) * 字4的校准数据读出序列 (见图6d ) * 复位序列（见图6e） 所有的通信从管脚 DIN 的一种指令序列开始。图 6 显示了 CM5534 的时序图。 该装置不需要‘芯片选择’信号，而是转换读数序列前设置有一个开始序列( 3 个高电平)，在转换读数序列 后设置有一停止序列( 3 位低电平)。设置读数类型的序列包含 4 位（选择压力，温度或者校准数据中的其中 一个读数）。模块在读取压力( D1 )或者温度( D2)的情况时，DOUT 管脚默认的是从低电平转变为高电平时转 换的。 在默认信号下，SCLK的另外两个时钟电平必须要有。DOUT端由高电平转入低电平时表明转换结束，在这之前微 处理器将把SCLK的电平拉倒极低状态。这个极低的电平可以用来给微控制器产生中断信号。 这个信号能被用来制造在微控制器中的切断。微控制器现在可以通过在SLCK管脚上给定的另外17个时钟信号读 出16位数据。SCLK可能提供一个中断信号中止数据读取序列。在开始新的转化之前读出最后的转化结果是重要 的。 模块在任何时候都可以进行重启。当微控制器和模块不同步的时候就可以进行重启模块。重启序 列有21位长。DOUT信号可能在这个重启序列(参见图6e )期间变化。为避免电磁干扰，建议在开 始启动模块转换序列之前进行一次重置。 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 11 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 12 应用 总述 该传感器集成模块的优势是节省其它外部器件并且能实现很低的功耗。该产品低功耗，高精度， 高灵敏性等特点，使他主要应用于便携式手表，气象设备，工业和汽车等领域。通过软件补偿可 以使传感器精度更高，已经能够通过软件将传感器测量的气压，温度值计算成高度输出，使得他 拥有自己独特的专业应用领域。CM5534 通过 3线串行接口可以很容易与广大微处理器通信。 校准 CM5534 在生产线上已经进行了校准。校准数据存储在 64 位 PROM 存储器内。 焊接 关于焊接事项请参见AN808应用说明。 湿度，防水 硅压力转换器和焊接线受到透明硅胶和不锈钢金属帽的保护，使得该模块具有防水防潮能力。这 种硅胶能保证传感器（甚至在水中时）的功能不受影响。这一功能可应用在防水手表或其他和水 接触的产品。然而，用户应该避免在硅胶表面覆盖干燥硬制（例如，盐微粒）。如果存在这 些物质最好用清水冲洗干净。特殊注意不要机械地损坏硅胶。损坏的硅胶如果损坏处接近传感器 表面，能导致气泡致使传感器信号不稳定。 安装特殊的防蚀和防磁的不锈钢的金属防护罩是为了避免任何具有腐蚀性的电池出现。在ISO 2281标准的CM5534产品能在盐水中经受11bar的压力。 对于水下作业ISO 2281 标准规定密封传感器有一橡胶O型圈环绕金属罩很重要。任何盐水进入传 感器的接触边缘(陶瓷和衬垫)能导致永久性的损坏。对于防水手表，建议在传感器背面安装一个 稳定的固定装置。否则，超压可能向后推动传感器，甚至在传感器帖封处折弯电子板。 光敏感特性 CM5534采用透明的硅胶防水，使得传感器对太阳光敏感性较强，尤其对于红外线光源。这是硅的 强光效应的结果。当效果逆转时将没有损环，但是用户必须注意成品传感器不能在操作期间直接 暴露光线下。 PCB连接 模块的封装外形允许使用灵活的 PCB 连接。这对手表和其它特殊的器件有重要应用，并且也能减 少在器件上的机械压力。鉴于机械振动的应用，通过胶覆盖 CM5534 陶瓷基座的边缘或角来提高 焊接接合处的机械可靠性。 去耦电容 特别注意的是当连接设备和供电电源时。一个 47uF 钽电容必须被放置在尽可能的靠近 CM5534 的 VDD 管脚处。这个电容器将在数据转化期间稳定供电电源，提供最高的可能准确性。 应用案例：测高系统CM5534 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 13 CM5534 是一个连接微控器的电路，可用于便携式高度表设计。为低电压系统而设计，3V 的供电 电压，特别是在电池应用中。CM5534 优化了低电流功耗，如 AD 转换钟( MCLK )能使用 32.768kHz 的标准晶振（在最便携式手表系统中被提供）。 对于高度计系统中的应用，工厂给出了一个简单的基于一种线性插值的计算高度，其中插值 的点数会影响公式的准确性。 元件封装图 CM5534 CM5534 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 14 布局 CM5534底部一侧焊盘布局。 CM5534顶部一侧焊盘布局。 CM5534 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 15 组装 机械应力 建议避免机械的压力在 PCB 上（PCB 上传感器被帖封）。PCB 厚度不应低于 1.6 mm。一块较厚的 PCB 更坚硬在 焊接处可以减少压力。实际应用中机械的压力是不能避免的(例如超声波焊接，手表中的 PCB 薄)，请以环氧基 树脂固定传感器(例如 Hysol FP-4401 )。 帖封 CM5534能被放置在使用真空喷管的自动筛选和安装的设备上。它将不被真空损坏。因为低应力装配传感器不显 示压力滞后效果。特别注意的是在组装期间不要触摸传感器的保护胶。焊接所有接触衬垫很重要。管脚PEN 和 PV向左打开或者连接到Vdd。不要把管脚PEN和PV连接到GND! CM5534 北京亿优八方科技发展有限公司 网址：www.bjyybf.com 咨询电话：010-59457569 18001299538 陈工 16 O型圈密封 在产品中例如潜水计算机电器必须受到保护以免直接进水或者受潮。对于CM5534的那些产品可以提供O型密封 圈。CM5534的防护罩表面由特殊的防腐蚀打磨不锈钢制造。除此之外CM5534内有硅胶遮盖传感器和焊接线。O 型圈将被放置在金属罩的外部直径的位置。 因为传感器能朝着垂直的方向移动，这种方法避免了机械的压力。 清洗 CM5534在净室条件下制造。每一器件都要检测均衡性和硅胶清洁性。因此建议组装传感器在10’000等级以上 或更好的条件。如果不能做到，建议在使用期间保护好传感器以免进入微粒和灰尘。为了避免清洗PCB，应使 用免清洗的焊接膏。 清洗可能损坏传感器！ ESD注意事项 CM5534的管脚可以承受4KV的静电释放。因此在安装使用模块时必须正确操作，并且各个设备应 良好接地。传感器的装配、运输等都应采用同等抗静电材料包装。