前言
本应用笔记的目的是提供硬件集成指南，用于将意法半导体的 LPS22HB 和 LPS25HB 压力传感器集成到客户的最终应用中。


1 系统集成性
将 LPS22HB/LPS25HB 压力和温度传感器集成到应用系统，例如便携式设备（PD）（例如智能手机和可穿戴设备）、气象站或工业设备中时，应不损害传感器性能。在执行系统集成时，可以考虑主要的机械和几何参数以及影响传感器性能的因素，从而优化这些参数。
图 1：“压力传感器系统集成”中描述了典型传感器集成案例，其中传感器的实施例设计必须使被测环境的压力(Px)和温度(Tx)条件和代表空气入口附近的传感器感应区域周围条件的(Ps, Ts)尽可能一致。




因此，为了获得可靠且一致的测量结果，必须确定机械设计中涉及的所有参数，以使传感器尽可能暴露于外部环境，并获得更快的响应速度（就压力和温度而言），从而符合要求达到的设计规范。
被测条件的任何变化必须在传感器测量值上得到一致反映，当压力和温度快速变化时同样如此。因此，集成设计必须保证环境条件与感应区域的条件相互匹配，无论在“稳定状态”（静态条件）下还是在动态条件下。
被测条件和传感区域周围条件之间的偏差还受到热源（例如靠近传感区域的其他设备和传感器本身的散热）的影响。温度变化十分重要，因为它不仅影响温度，还会导致压力偏差，并使系统响应速度变慢。
基于上述考虑，设计优化包括确定：
1. 传感器在系统中的位置
2. 传感器的实施例和防护
3. 恶劣环境下传感器室提供的防尘、防水或化学溶剂防护本文档的下一小节将进一步描述上述要素。

2 机械设计规则
对于机械设计，下文描述了主要的限制和要考虑的特性，目的是提供一组基本规则，例如将传感器成功集成到最终应用环境的良好设计原则。


2.1 传感器放置
传感器放置从以下方面直接影响传感器性能：传感器与环境的关联、热传导机制和机械应力。


2.1.1 环境暴露
为了尽可能暴露在需要测量压力和温度的环境中，必须使传感器处于静态和动态工作条件下。在静态条件（或稳定状态）下，压力和温度环境及其稳定性变化后，感应条件必须与被测条件一致，或者非常接近目标值，具体取决于应用容许误差和规范。
在动态条件下，当被测条件快速变化时，传感器必须能够提供可靠的测量值输出以便跟踪环境动态。在传感器集成设计结束时，将修改整体响应时间，并且最终性能应符合目标规范。
一般而言，目标是设计的响应时间不能低于产品规范。为了使系统集成后静态和动态条件下的传感器性能最大化，建议使用下列指南（取决于设计规范），同时参考图 2：“压力传感器集成和实施例参考”：
1. 以实现与被测环境的最佳关联为目标放置传感器，并尽可能靠近通风孔
2. 空气不流动的空间过大会延长响应时间，对压力响应时间的影响明显；因此，建议尽可能减少不流动空间的体积，尝试在传感器周围形成定制外壳。
3. 通风孔应尽可能大；数量级低于感应元件几何尺寸表示集成尺寸合理。
4. 通风孔的深度必须尽可能小。
作为集成设计的参考，图 2：“压力传感器集成和实施例参考”描述了上述建议的示例。为了将环境关联最大化，从而缩短响应时间，应将传感器周围的体积（死体积）最小化，并使通风孔尺寸具有与感应区域相同的数量级。增加了过滤膜保护，用于保护传感器免受水或恶劣环境的侵蚀。




另一种实施例（成本更高，但传感性能更高效）是带有气流结构的设计，如图 3：“采用通风通道的压力传感器集成和实施例”所述。带有多个通风孔的设计是一种成本更高的解决方案，但可提供更快的响应时间（具体取决于设计规格）。



必须强调的是，即使在将传感器用于客户的应用系统中时未考虑设置任何专用孔（通风孔），也能正常工作，除非没有密封。上述设计指南的目的是为了实现最高性能。


2.1.2 热传导
传感器附近存在的热源会改变压力和温度测量值，并在感应区域周围形成温差，影响静态和动态条件下的正确测量，从而降低传感器性能。
我们的设计指南旨在避免这种效应，我们注意到不断升高的温度会影响性能，但 LPS22HB和 LPS25HB 器件的集成温度补偿功能可以大大降低这种影响。
从物理角度而言，这些局部热源相当于与 LPS25HB 热模型并联的热容器，并且它们可能影响局部温度，使之不同于环境温度。
根据热源位置和热传导机制，我们可以将与不同机制相关的传导进行以下区分。
 热对流
传感器周围的局部热源可能通过热辐射影响压力和温度测量。
典型热源如下：
 靠近压力传感器的其他传感器和器件等
 电源管理器件
 处理器和微控制器
 LCD 显示器，尤其会在环境和系统内部死体积之间产生显著的温差
因此，必须将传感器放置在与这些热源相隔正确距离的位置，并保证合适的隔热措施，建议按照图 4：“为保护传感器实施的隔热措施”中的描述，在实施例内部采用隔热结构。另外，还建议根据特定布局，让通风孔靠近热源以充当冷却通道。



如传感器外壳截面图图 5：“传感器外壳顶视图：左侧为具有隔热措施的正确设计，右侧为错误设计”所示，左侧为有隔热结构的良好设计；热源远离传感器且热防护结构位于中间。右侧为错误设计，传感器周围温度受附近元件热辐射的影响。




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AN5063 LPS33HW 数字压力传感器：系统集成指南.pdf (2.62 MB, 下载次数: 3)

2023-4-22 13:03 上传

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