HBPC2001系列壓力傳感器模組

產(chǎn)品特性

?   壓力范圍：30kPa~110kPa，范圍可選

?   工作溫度：-40~85℃

?   供電電壓：1.7~3 .6V（VDD），1.2~3 .6V（VDDIO）

?   封裝形式：帶金屬蓋的LGA包裝

?   相對(duì)精度：±0.006kPa，等效于±0.5m

?   精度：典型值±0.1kPa（30...110kPa）

?   溫度精度：±0.5℃

?   壓力溫度靈敏度：<0.5Pa/K

?   測量時(shí)間：典型值：28 ms，小值：3 ms

?   平均電流消耗：高精度：60 uA，低功耗：3uA，待機(jī)：<1uA

?    I2C和SPI接口，嵌入式24位ADC

?    FIFO：存儲(chǔ)新的32個(gè)壓力或溫度測量值

?   不含鉛、不含鹵素且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)

潛在應(yīng)用

?   增強(qiáng)GPS導(dǎo)航功能（推算航、坡度檢測等）

?   室內(nèi)和室外導(dǎo)航

?   休閑和體育

?   天氣預(yù)報(bào)

?   垂直速度指示（上升/下降速度）

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產(chǎn)品概述

HBPC2001是一款高精度、低功耗的微型數(shù)字氣壓傳感器，集壓力與溫度傳感功能于一身。其壓力傳感器元件采用電容式傳感原理，確保在溫度變化時(shí)仍能保持高精度。小巧的封裝設(shè)計(jì)使HBPC2001成為移動(dòng)應(yīng)用和可穿戴設(shè)備的理想選擇。

HBPC2001的內(nèi)部信號(hào)處理器將壓力和溫度傳感器元件的輸出轉(zhuǎn)換為24位結(jié)果。每個(gè)壓力傳感器都經(jīng)過單獨(dú)校準(zhǔn)，并包含校準(zhǔn)系數(shù)。這些系數(shù)在應(yīng)用程序中用于將測量結(jié)果轉(zhuǎn)換為真實(shí)的壓力和溫度值。

HBPC2001具有可存儲(chǔ)新32次測量結(jié)果的FIFO。通過使用FIFO，主機(jī)處理器可在兩次讀數(shù)之間保持更長時(shí)間的休眠模式。這可以降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。

測試條件

表1：HBPC2001 測試條件

大額定參數(shù)

表2：HBPC2001 大參數(shù)

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電特性

VDD =1.8V，VDDIO=1.8V，T=25°C，除非另有說明。如果未特別說明，給定的值是給定操作模式下溫度/電壓范圍內(nèi)的±3-Sigma 值。

表3：HBPC2001 機(jī)械特性

注：當(dāng)前消耗取決于壓力測量精度和速率。請(qǐng)參考?jí)毫ε渲茫≒RS_CFG）寄存器描述，以

了解不同測量精度和速率組合下的當(dāng)前消耗概述。

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注：壓力測量時(shí)間（以及大速率）取決于壓力測量精度。有關(guān)測量精度和速率的可能組合

的概述，請(qǐng)參閱壓力配置（PRS_CFG）寄存器說明。

操作

1、 操作模式

HBPC2001 支持三種不同的操作模式：待機(jī)、命令和后臺(tái)模式。

?    備用方式

- 通電或復(fù)位后的默認(rèn)模式。不進(jìn)行測量。

- 所有寄存器和補(bǔ)償系數(shù)均可訪問。

?    命令方式

- 根據(jù)所選精度進(jìn)行一次溫度或壓力測量。

- 測量完成后，傳感器將返回待機(jī)模式，測量結(jié)果將在數(shù)據(jù)寄存器中可用。

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?    后臺(tái)方式

- 根據(jù)所選的測量精度和速率，連續(xù)進(jìn)行壓力和/或溫度測量。溫度測量在壓力測量后立

即進(jìn)行。

- FIFO 可用于存儲(chǔ)32個(gè)測量結(jié)果，并將傳感器必須訪問以讀取結(jié)果的次數(shù)小化。注：操作模式和測量類型設(shè)置在傳感器操作模式和狀態(tài)（MEAS_CFG）寄存器中。

2、  操作模式

不同的應(yīng)用需要不同的測量精度和測量速率。一些應(yīng)用，如氣象站，需要比室內(nèi)導(dǎo)航和運(yùn)動(dòng)應(yīng)用更低的精度和測量速率。

HBPC2001 的測量精度和速率（在后臺(tái)模式下）可以配置為匹配其所用應(yīng)用程序的要求。這降低了傳感器和系統(tǒng)的電流消耗。

為了獲得更高的精度，HBPC2001將多次讀取傳感器（過采樣），并將讀數(shù)合并為一個(gè)結(jié)果。這增加了電流消耗和測量時(shí)間，從而再次降低了大測量速率。

測量精度、速率和時(shí)間設(shè)置在壓力配置（PRS_CFG）和溫度配置（TMP_CFG）寄存器中。寄存器描述包含有關(guān)當(dāng)前消耗以及測量精度、時(shí)間和速率的可能組合的信息。

請(qǐng)注意，壓力傳感器具有溫度依賴性。必須將溫度測量與壓力測量一起進(jìn)行，以便補(bǔ)償溫度依賴性。這會(huì)降低大壓力測量速率，因?yàn)椋悍磻?yīng)溫度*時(shí)間溫度+速率壓力*時(shí)間壓力<1秒。測量設(shè)置和用例示例包含一個(gè)表格，其中列出了不同用例中壓力和溫度精度以及速率的組合示例。

3、  操作模式

HBPC2001 可通過SPI 3 線、SPI 4 線或I2C 串行接口作為從設(shè)備訪問。

?   I2C 接口

- 傳感器的默認(rèn)接口。

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- 傳感器地址為0x77（默認(rèn)）或0x76（如果SDO 引腳被拉低至GND)。

I2C 寫入

寫入操作通過發(fā)送從地址進(jìn)入寫模式（RW=‘0’）來完成，從而生成從地址111011X0（‘X’由SDO引腳狀態(tài)決定）。隨后主設(shè)備發(fā)送寄存器地址對(duì)和寄存器數(shù)據(jù)。事務(wù)通過

停止條件結(jié)束。

圖1：I2C 多字節(jié)寫入命令

I2C 讀取

要讀取寄存器，首先需以寫入模式發(fā)送寄存器地址（從設(shè)備地址111011X0)。隨后必須生成停止或重復(fù)啟動(dòng)條件。之后以讀取模式（RW=‘1’）訪問地址111011X1的從設(shè)備，接著從設(shè)備會(huì)持續(xù)發(fā)送自遞增寄存器地址中的數(shù)據(jù)，直至出現(xiàn)NOACKM 和停止條件。

圖2：I2C 多字節(jié)讀取命令

?   SPI 接口

- 如果傳感器檢測到CSB 引腳處于低電平有效狀態(tài)，傳感器將切換為SPI 模式。SPI

四線制是默認(rèn)的SPI 接口。

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- 要啟用SPI 三線配置，在啟動(dòng)后必須在中斷和FIFO 配置（CFG_REG）寄存器中設(shè)置一個(gè)位。

CSB 處于低電平且具有集成上拉電阻。SDA 上的數(shù)據(jù)由器件在SCK 上升沿鎖存，SDO在SCK 下降沿改變。通信開始于CSB處于低電平時(shí)，并在CSB 處于高電平時(shí)停止；在 CSB 的這些轉(zhuǎn)換期間，SCK 必須保持穩(wěn)定。

圖3：SPI 協(xié)議，四線制，無中斷

在SPI 模式下，僅使用寄存器地址的7 位；寄存器地址的MSB未被使用，而是由一個(gè)讀/寫位（RW=“0”表示寫入，RW=“1”表示讀取）所替代。

示例：對(duì)于讀訪問，地址為0x10，傳輸字節(jié)0x90；對(duì)于寫訪問，傳輸字節(jié)0x10。

SPI 寫入

寫操作通過降低CSB 并發(fā)送控制字和寄存器數(shù)據(jù)對(duì)來完成?？刂谱职琒PI 寄存器地址（即完整寄存器地址，不含第7位）和寫入命令（第7 位RW=0）。無需提升CSB 即可

進(jìn)行多組寫入操作。事務(wù)結(jié)束時(shí)需再次提升CSB。

圖4：SPI 多字節(jié)寫入命令

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SPI 讀取

讀取操作通過降低CSB 并首先發(fā)送一個(gè)控制字節(jié)來完成?？刂谱止?jié)包含SPI 寄存器地址（即完整寄存器地址，不含第7位）和讀取命令（第7 位RW=1）。寫入控制字節(jié)后，數(shù)據(jù)會(huì)通過SDO 引腳（三線模式下為SDA）輸出；寄存器地址會(huì)自動(dòng)遞增。

圖5：SPI 多字節(jié)讀取命令

4、  接口參數(shù)說明

?   通用接口參數(shù)

通用接口參數(shù)如下表所示：

表4：接口參數(shù)

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?   I2C 時(shí)序參數(shù)

I2C 時(shí)序如下圖所示，對(duì)應(yīng)值如下表所示。命名參考I2C 規(guī)范版本2.1，使用的縮寫為 “S&F模式”=標(biāo)準(zhǔn)和快速模式，“HS 模式”=高速模式，Cb=SDA 線上的總線電容。

圖6：I2C 時(shí)序圖

表5：I2C 時(shí)序

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?   SPI 時(shí)序參數(shù)

SPI 時(shí)序圖如下所示，對(duì)應(yīng)的數(shù)值如下表所示所有時(shí)間均適用于四線和三線SPI。

圖7：脈沖時(shí)序圖

表6：SPI 時(shí)序

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5、  中止

當(dāng)有新的測量結(jié)果可用和/或FIFO 已滿時(shí)，HBPC2001 可以生成中斷。傳感器使用SDO引腳發(fā)送中斷信號(hào)，因此，如果接口是4線SPI，則不支持中斷。

中斷功能在中斷和FIFO 配置（CFG_REG）寄存器中啟用和配置。SDO引腳既作為中斷引腳，又作為設(shè)備地址的低有效位。如果SDO 引腳被拉低，則中斷極性必須設(shè)置為高電平有效，反之亦然。

中斷狀態(tài)可以從中斷狀態(tài)（INT_STS）寄存器中讀取。

6、  FIFO操作

HBPC2001 FIFO 可存儲(chǔ)后32個(gè)壓力或溫度測量值。當(dāng)主機(jī)處理器不需要持續(xù)從傳感器中提取數(shù)據(jù)時(shí)，這可降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，主機(jī)處理器可以進(jìn)入更長時(shí)間的待機(jī)模式。

FIFO將存儲(chǔ)溫度和壓力測量值的任意組合，因?yàn)闇囟群蛪毫Φ臏y量速率可以在后臺(tái)模式下獨(dú)立設(shè)置。例如，壓力速率可以設(shè)定為溫度速率的四倍，因此每五個(gè)結(jié)果中僅有一個(gè)是溫度結(jié)果。測量類型可在結(jié)果數(shù)據(jù)中查看。傳感器會(huì)將低有效位設(shè)置為：

?    如果結(jié)果是壓力測量值，則為“1”。

?    如果是溫度測量值，則為“0”。

-  傳感器使用24 位來存儲(chǔ)測量結(jié)果。由于該數(shù)值比覆蓋壓力傳感器完整動(dòng)態(tài)范

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圍所需的數(shù)值更多，因此使用低有效位標(biāo)記測量類型不會(huì)影響結(jié)果的精度。

FIFO 可以在中斷和FIFO 配置（CFG_REG）寄存器中啟用。無論FIFO 中的下一個(gè)結(jié)果是溫度還是壓力測量，F(xiàn)IFO中的數(shù)據(jù)都從壓力數(shù)據(jù)（PRS_Bn）寄存器中讀出。

當(dāng)讀取測量值時(shí)，F(xiàn)IFO 將自動(dòng)遞增并將下一個(gè)結(jié)果放入數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)FIFO 為空且所有后續(xù)讀取都將返回0x800000時(shí)，將在FIFO 狀態(tài)（FIFO_STS）寄存器中設(shè)置標(biāo)志。

如果FIFO 已滿，則FIFO 狀態(tài)（FIFO_STS）寄存器中將設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，如果在中斷和FIFO配置（CFG_REG）寄存器中啟用該標(biāo)志，則傳感器將生成一個(gè)中斷。

7、  校準(zhǔn)和測量補(bǔ)償

HBPC2001是經(jīng)過校準(zhǔn)的傳感器，包含校準(zhǔn)系數(shù)。這些校準(zhǔn)系數(shù)在應(yīng)用程序中使用（例如由主機(jī)處理器使用），用于補(bǔ)償測量結(jié)果中的傳感器非線性。

以下章節(jié)描述如何計(jì)算補(bǔ)償結(jié)果并將其轉(zhuǎn)換為Pa 和°C 值。

?   如何計(jì)算補(bǔ)償壓力值

1、 從校準(zhǔn)系數(shù)寄存器中讀取校準(zhǔn)系數(shù)（c00、c10、c20、c30、c01、c11 和c21）。

注：系數(shù)c00 和c10 是20 位二進(jìn)制補(bǔ)碼，c20、c30、c01、c11 和c21 是16 位二進(jìn)制補(bǔ)碼。

2、 根據(jù)所選的精度率，選擇縮放因子kT（溫度）和kP（壓力）?？s放因子列于表7中。

3、 讀取寄存器或FIFO 中的壓力和溫度結(jié)果

注：從結(jié)果寄存器（或FIFO)讀取的測量值是24位二進(jìn)制補(bǔ)碼。根據(jù)所選的測量速率，可能無法測量自上次壓力測量以來的溫度。

4、 計(jì)算測量結(jié)果的量程。

Traw_sc =Traw/kT

Praw_sc =Praw/kP

5、 計(jì)算補(bǔ)償測量結(jié)果。

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Pcomp(Pa)=c00+Praw_sc*(c10+Praw_sc*(c20+Praw_sc*c30))+Traw_sc*c01+Traw_sc*Praw_sc*(c11+Praw_sc*c21)

?   如何計(jì)算補(bǔ)償溫度值

1、 從校準(zhǔn)系數(shù)（COEF）寄存器中讀取校準(zhǔn)系數(shù)（c0 和c1）。

注意：從系數(shù)寄存器中讀取的系數(shù)是12 位二進(jìn)制補(bǔ)碼。

2、 根據(jù)所選的精度率選擇縮放因子kT（溫度）?？s放因子列于表6 中。

3、 從溫度寄存器或FIFO 中讀取溫度結(jié)果。

注：從溫度結(jié)果寄存器（或FIFO)讀取的溫度測量值是24 位二進(jìn)制補(bǔ)碼。

4、 計(jì)算測量結(jié)果的量程。

Traw_sc =Traw/kT

5、 計(jì)算補(bǔ)償測量結(jié)果

Tcomp（℃）=c0*0 .5+c1*Traw_sc

?   補(bǔ)償比例系數(shù)

表7：補(bǔ)償比例系數(shù)

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封裝尺寸

HBPC2001 產(chǎn)品系列封裝尺寸如下圖12，所有尺寸單位均為毫米(mm)，未標(biāo)明公差為±0 .1mm。

(a)頂視圖（b)底視圖          (c)側(cè)視圖

圖12：封裝尺寸圖

引腳定義及功能描述

HBPC2001 產(chǎn)品系列引腳定義如圖13，引腳功能描述如表14。

圖13：引腳定義圖

表14：引腳功能描述

請(qǐng)注意：

1) 任何電信號(hào)不要連到NC 腳，否則可能會(huì)引起部分功能失效。

2) 焊裝過程中做好防靜電保護(hù)。

3) 過載電壓(6 .5VDC)可能燒毀電路芯片，請(qǐng)?jiān)赩dd 和GND 之間加上0 .1uf 電容。

4) 本產(chǎn)品無反接保護(hù)，裝配時(shí)請(qǐng)注意電源極性。

參考回流曲線

HBPC2001 產(chǎn)品系列SMT 回流焊溫度曲線請(qǐng)參看圖14，回流焊的工藝參數(shù)說明請(qǐng)參

考表15。

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圖14：回流焊溫度曲線

表15：回流焊參數(shù)說明

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請(qǐng)注意:

1) 傳感器芯片上不允許落入灰塵中，以免影響產(chǎn)品性能。

2) 回流焊后清洗時(shí)，避免清洗劑或清潔劑侵入內(nèi)部損壞產(chǎn)品。請(qǐng)不要將產(chǎn)品暴露在超聲波處理或清潔，避免產(chǎn)品發(fā)生故障。

3) 建議回流焊次數(shù)不超過3 次。

版本修訂記錄

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