CN107703188A - 一种湿度传感器芯片的内建校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿度传感器芯片的内建校准方法，包括湿度传感器前端、模数转换模块（ADC）、线性换算电路、非易失性存储器（NVM），所述湿度传感器前端将湿度转化为转换电压信号，然后经过ADC采样，得到采样后的数字信号X，本发明通过测试5个湿度点（如需要进一步提高精度，可以增加湿度点）的数据值，然后按照这些湿度点的数值将湿度传感器芯片工作区间分成4段线性区域。在芯片工作时，根据转换电压值落在4段线性区域的哪一段，选择与之相对应的线性函数来计算湿度值。通过这种方法使转换电压与湿度之间的关系在每一分段区域都更接近线性关系，从而使校准后的湿度传感器能够工作于更宽的量程，并且具有更高的精度。

Description

一种湿度传感器芯片的内建校准方法

技术领域

本发明涉及一种湿度传感器，具体是一种湿度传感器芯片的内建校准方法。

背景技术

传感器技术的应用出现了飞跃式的发展，特别是在进行温湿度测量时应用最为广泛。湿度传感器充当着其中一种信息采集的终端器件，被广泛地应用到汽车电子中、冷藏储运中、工业中控制中、畜牧业中、甚至是普通家庭中。

湿度传感器充当着其中一种信息采集的终端器件，被广泛地应用到汽车电子中、冷藏储运中、工业中控制中、畜牧业中、甚至是普通家庭中。市场上对于湿度传感器的应用需要多种多样的。对于那些对成本非常敏感，同时对湿度传感器精度要求相对较高的应用场合来说，传感器全工作范围内满足应用要求精度是不容易的。一种常用的湿度传感器芯片工作原理是将湿度转换成一个与湿度成正比的电压信号，将采集得到的电压信号按线性关系转换即可得到湿度值。实际上，湿度与转换电信号之间并不是严格的线性关系，而是存在一定的非线性。因此在精度要求较高的场合，需要对湿度传感器芯片做一定的校准，以修正湿度与转换电压信号之间的非线性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种湿度传感器芯片的内建校准方法，以解决背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种湿度传感器芯片的内建校准方法，包括湿度传感器前端、模数转换模块（ADC）、线性换算电路、非易失性存储器（NVM），所述湿度传感器前端将湿度转化为转换电压信号，然后经过ADC采样，得到采样后的数字信号X，数字信号X分别与校准湿度点X1寄存器、校准湿度点X2寄存器、校准湿度点X3寄存器通过比较器进行比较，当数字信号X<X1时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A1的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S1的值输出至后级的线性换算电路，当数字信号X1<X<X2时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A2的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S2的值输出至后级的线性换算电路，当数字信号X2<X<X3时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A3的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S3的值输出至后级的线性换算电路，当数字信号X>X3时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A4的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S4的值输出至后级的线性换算电路，线性换算电路根据送过来的截距值以及斜率值，按照线性计算方法算得校准后的湿度值HM。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过测试5个湿度点（如需要进一步提高精度，可以增加湿度点）的数据值，然后按照这些湿度点的数值将湿度传感器芯片工作区间分成4段线性区域。在芯片工作时，根据转换电压值落在4段线性区域的哪一段，选择与之相对应的线性函数来计算湿度值。通过这种方法使转换电压与湿度之间的关系在每一分段区域都更接近线性关系，从而使校准后的湿度传感器能够工作于更宽的量程，并且具有更高的精度。

附图说明

图1为高精度湿度传感器的工作原理方框图。

图2线性校准方案的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，一种湿度传感器芯片的内建校准方法，包括湿度传感器前端、模数转换模块（ADC）、线性换算电路、非易失性存储器（NVM），所述湿度传感器前端将湿度转化为转换电压信号，然后经过ADC采样，得到采样后的数字信号X，数字信号X分别与校准湿度点X1寄存器、校准湿度点X2寄存器、校准湿度点X3寄存器通过比较器进行比较，当数字信号X<X1时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A1的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S1的值输出至后级的线性换算电路，当数字信号X1<X<X2时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A2的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S2的值输出至后级的线性换算电路，当数字信号X2<X<X3时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A3的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S3的值输出至后级的线性换算电路，当数字信号X>X3时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A4的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S4的值输出至后级的线性换算电路，线性换算电路根据送过来的截距值以及斜率值，按照线性计算方法算得校准后的湿度值HM。

本发明的工作原理是：在测试校准阶段，本发明通过测试5个湿度点的转换电压值，然后根据这些湿度点，将湿度传感器芯片的X-HM曲线分成4段线性区域。在芯片工作时，根据转换电压X值处于4个线性区域的哪一个区域，选择与之相对应的线性函数来计算湿度值HM。通过这种方法使转换电压信号X与湿度P之间的关系在每一分段区域都更接近线性关系，从而使此方法校准后的湿度传感器能够工作于更宽的量程，并且具有更高的精度。测试时测出5个湿度点，5个点分为4段，每一段有一个对应的系数代表这一段区间的斜率（S1，S2，S3，S4），和4段曲线于X轴的截距（A1，A2，A3，A4），3个将湿度区间分成4段的湿度点读数（X1，X2，X3），这些信息都必须保存至芯片的非易失性存储器（NVM）中。通过5个点将整个湿度范围分为4个区域，2段封闭的区间和2段开放的区间（如图 2所示）。即用4段直线来拟合湿度曲线。湿度传感器芯片的***结构如图 1所示，湿度传感器前端将湿度转化为转换电压信号，然后经过ADC采样，得到采样后的数字信号X。数字信号X分别与校准湿度点X1寄存器、校准湿度点X2寄存器、校准湿度点X3寄存器通过比较器进行比较。当数字信号X<X1时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A1的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S1的值输出至后级的线性换算电路。当数字信号X1<X<X2时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A2的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S2的值输出至后级的线性换算电路。当数字信号X2<X<X3时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A3的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S3的值输出至后级的线性换算电路。当数字信号X>X3时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A4的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S4的值输出至后级的线性换算电路。线性换算电路根据送过来的截距值以及斜率值，按照线性计算方法算得校准后的湿度值HM。通过这种方法使转换电压与湿度之间的关系在每一分段区域都更接近线性关系，从而使此方法校准后的湿度传感器能够工作于更宽的量程，并且具有更高的精度。

Claims (1)

1.一种湿度传感器芯片的内建校准方法，包括湿度传感器前端、模数转换模块（ADC）、线性换算电路、非易失性存储器（NVM），其特征在于，所述湿度传感器前端将湿度转化为转换电压信号，然后经过ADC采样，得到采样后的数字信号X，数字信号X分别与校准湿度点X1寄存器、校准湿度点X2寄存器、校准湿度点X3寄存器通过比较器进行比较，当数字信号X<X1时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A1的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S1的值输出至后级的线性换算电路，当数字信号X1<X<X2时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A2的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S2的值输出至后级的线性换算电路，当数字信号X2<X<X3时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A3的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S3的值输出至后级的线性换算电路，当数字信号X>X3时，线性段判断逻辑将控制选择器1选择截距寄存器A4的值输出至后级的线性换算电路，并且控制选择器2选择斜率寄存器S4的值输出至后级的线性换算电路，线性换算电路根据送过来的截距值以及斜率值，按照线性计算方法算得校准后的湿度值HM。