传感器系统工程师、模拟电路设计人员、仪器仪表开发工程师、物联网设备硬件设计人员。
理解常见传感器(温度、压力、加速度)的工作原理与输出特性。
掌握传感器接口电路设计方法(信号调理、放大、滤波、数字化)。
能够独立完成典型传感器接口电路的设计与仿真验证。
传感器概述:传感器的定义与分类(物理传感器、化学传感器、生物传感器);传感器的静态特性(灵敏度、线性度、迟滞、重复性、分辨率);传感器的动态特性(时间常数、频率响应)。
传感器信号特点:传感器输出信号的类型(电阻型、电容型、电压型、电流型、电荷型);传感器信号的幅度范围与频率范围;传感器接口电路的主要任务(偏置、放大、滤波、线性化、数字化)。
惠斯通电桥:电桥的工作原理(平衡条件、输出特性);单臂电桥、半桥、全桥的灵敏度对比;电桥的线性度与差动结构;电桥的偏置方式(恒压源偏置、恒流源偏置)。
仪表放大器设计:仪表放大器的特点(高输入阻抗、高共模抑制比、增益可调);三运放仪表放大器的结构与原理;集成仪表放大器(INA118、AD620)的使用;仪表放大器的共模抑制与增益设置。
有源滤波器设计:滤波器的主要参数(截止频率、通带增益、品质因数Q、滚降特性);低通、高通、带通、带阻滤波器的设计;二阶滤波器(Sallen-Key、多重反馈)的实现;开关电容滤波器的原理与应用。
锁相放大器:锁相放大的原理(相敏检测);微弱信号检测中的信噪比改善;参考信号的产生与相位调整;低通滤波与时间常数选择;锁相放大在传感器测量中的应用。
温度传感器接口:热电阻(RTD)的测温原理与线性化;热电偶的冷端补偿与信号调理;集成温度传感器(LM35、DS18B20)的接口设计;测温电路的精度分析。
压力传感器接口:压阻式压力传感器的原理(压阻效应);惠斯通电桥与压力传感器的结合;压力传感器的温度补偿技术(硬件补偿、软件补偿);绝对压力、表压、差压的测量。
加速度传感器接口:电容式加速度传感器的工作原理;微机械加速度传感器的接口电路(电容-电压转换);压电式加速度传感器的电荷放大器设计;加速度传感器的频率响应与校准。
传感器数字化接口:模数转换器(ADC)的基本原理(SAR、Sigma-Delta、积分型);ADC的关键参数(分辨率、采样率、INL、DNL、信噪比);Σ-Δ ADC在传感器测量中的应用;数字接口(I2C、SPI、1-Wire)的实现。
抗干扰与屏蔽技术:传感器信号的噪声来源(电磁干扰、工频干扰、热噪声);屏蔽与接地技术;差动传输的优势;滤波与去耦;PCB布局中的抗干扰措施。
综合实战项目:典型传感器测量系统(如基于热电阻的温度测量、基于压阻式传感器的压力测量、基于电容式加速度计的振动测量)的完整接口电路设计,包含信号调理、放大、滤波、ADC选型与系统验证。