【成功案例】高精度运放SGM8959-1在超声波测距温度补偿系统的应用，精度高达0.1℃

时间： 2018-08-09 来源：世强

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超声波是一种频率高于20KHZ的声波，它的方向性好，穿透能力强，可以广泛用于测距、测速、清洗等诸多领域。其中应用最广泛的就是超声波的测距功能。超声波测距设备是利用超声波反射原理来测量距离，通过计算超声波从发出到碰到被测量物体后返回的超声波接收的时间来计算被测量的物体的距离。下图为超声波测距传感器工作原理图：

图1 超声波测距传感器工作原理图

值得注意的是超声波测距是根据S = v*t1（其中S：距离，v：声速，t1：时间）来计算测量距离的。其中时间t可以采用高速高精度单片机进行精确定时。但是声速v却受温度影响严重，根据经验声速v=331.5+0.6t2 （其中t2：温度）。因此需要快速并精确的采集环境温度对超声波的传播速度进行补偿，以保证测量精度。在超声波测距温度补偿系统中，笔者选用的超声波传感器为200KHZ，精度高达0.05mm。

图2 200KHZ超声波传感器

温度的精确检测是保证超声波测距精度的最关键的问题，笔者选用了PT100（精度高达0.15℃）作为温度传感器，下图为笔者购买的三线制PT100温度传感器：

图3 三线制PT100温度传感器

问题转换为如何精确采集PT100温度传感器的值，电子论坛中提供了多种PT100的温度测量方案，使用高精度运放对PT100的信号进行放大后采集是最为可靠的方式。从世强官网了解到圣邦微电子有一款高精度运算放大器SGM8959，SGM8959是一款轨到轨高精度运算放大器，其具有最大10uV的极低失调电压，输入电压噪声低至8nV，且内部集成了EMI滤波器，可以最大程度降低温度测量误差，提高超声波测距精度，SGM8959还具有1.8v ~5.5V的宽范围工作电压，可以使用锂电池供电，也适用于多种MCU的电压等级下图为笔者根据PT100典型应用电路，使用SGM8959-1运算放大器绘制的温度采集电路原理图：

图4 PT100和SGM8959-1测温电路原理图

经实际测量，采用SGM8959-1作为运放使用PT100进行温度测量精度高达0.1℃，值得注意的是需要使用TL431精密可调稳压器（有更好的精密稳压器可以也可替换）将参考电压调节至4.096v，以保证测量精度。下图为笔者设计的实物图和显示界面：

图5 超声波测距实物图

图6 超声波测距显示界面

除了文中SGM8959还具有一下特点：

• 低失调电压：10μV（MAX），可以显著提高直流信号放大精度。

• 输入电压噪声：8nV / zz

• 低0.1Hz至10Hz噪声：0.2μVPP，有效减少电源带来带来的噪声干扰。

• 静态电流：380μA/放大器（TYP），低功耗运行，可提高设备使用寿命。

• 集成EMI滤波器，可以有效滤除高频信号干扰。

• 单电源或双电源供电，

• 电源电压范围：1.8V至5.5V，适合绝大部分MCU电压等级。

• 轨到轨输入和输出

• 增益带宽：3.9MHz，有效保证高频下信号不失真。

• 压摆率：1.0V /μs

• -40℃至+ 125℃工作温度范围，可以适用于严苛的工业环境。

此外SGM8959还可以应用于传感器检测应用、电子秤、医疗仪器、电池供电仪器、手持式测试设备等低功耗高精度设备等诸多领域。

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全部评论（17）

用户_0261 Lv8 2019-05-23

SGM8959是一款轨到轨高精度运算放大器，其具有最大10uV的极低失调电压，输入电压噪声低至8nV
IC哥 Lv7. 资深专家 2019-01-07

学习
用户76906928 Lv7. 资深专家 2018-12-30

学习了
古月工 Lv8. 研究员 2018-12-20

学习
用户86910647 Lv5. 技术专家 2018-12-06

不错

用户24405940 Lv4. 资深工程师 2018-11-29

很好
lhbixd1995 Lv7. 资深专家 2018-11-27

学习了
李四 Lv7. 资深专家 2018-11-24

学习了
NONO Lv7. 资深专家 2018-11-23

学习不能停
cherryyang Lv7. 资深专家 2018-11-23

学习了

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