Amphenol AUAV双压力传感器系列：无人机应用的精准之选

在无人机（UAV）应用领域，对传感器的性能要求日益严苛，需要能够在复杂环境下提供高精度的测量数据。Amphenol All Sensors推出的AUAV系列双压力传感器，正是为满足这些需求而精心打造的产品。本文将深入介绍AUAV系列传感器的特点、性能、接口及应用等方面，为电子工程师在无人机设计中提供有价值的参考。

文件下载：Amphenol All Sensors AAV双气速和高度传感器.pdf

一、产品概述

AUAV系列传感器专为满足无人机在商业、国防、消费和工业等多个市场的应用需求而设计，适用于各种类型的无人机，包括商用送货无人机、高端战术无人机、业余四轴飞行器以及下一代自主航空系统等。该系列传感器将高精度的差压和绝压测量与先进的温度补偿和线性校正技术相结合，能够在关键任务环境中实现精确稳定的空速和高度测量。

电气框图

AAV框图

二、产品特点与应用

特点

1. 高精度测量：能够同时精确测量空速、高度和温度，为无人机飞行提供全面的数据支持。
2. 宽温度范围：可在 -40°C 至 85°C 的宽温度范围内正常工作，适应各种恶劣环境。
3. 高分辨率输出：采用 18 位高分辨率的 I2C 或 SPI 输出接口，确保数据的准确性和可靠性。
4. 紧凑轻便设计：重量小于 1.5 克（典型值），采用表面贴装设计，兼容 SMT 自动化组装，有助于减轻无人机的重量和体积。
5. 可定制性强：可根据 OEM 应用需求进行完全定制，满足不同用户的特殊要求。

应用

广泛应用于航空航天系统、国防无人机、商用无人机和无人航空系统（UAS）等领域。

三、技术参数

标准压力范围

AUAV系列提供多种不同的压力范围选项，以满足不同应用的需求。具体如下表所示：	Device	Differential Operating Range^	Absolute Operating Range^	Proof Pressure	Burst Pressure
	inH20	kPa	inH20	kPa
AUAV-L05D-M25125	+5inH20	250 mbarA -1250 mbarA	270	67	415	103
AUAV-L10D-M25125	±10 inH20	250 mbarA -1250 mbarA	300	75	415	103
AUAV-L30D-M25125	±30inH20	250 mbarA -1250 mbarA	350	87	415	103
AUAV-L60D-M25125	±60inH20	250 mbarA -1250 mbarA	350	87	415	103
AUAV-L100D-M25125	士100inH20	250 mbarA-1250 mbarA	350	87	415	103

最大额定值与环境规格

Pressure Sensor Maximum Ratings		Environmental Specifications
Supply Voltage (Vs)	3.63 Vdc	Temperature Ranges	-40°C to 85°C
Common Mode Pressure	15 psig	Compensated: Operating	-40°C to 85°C
SMT Device Temperature	245°C	Storage	-40°C to 125°C
		Humidity Limits (non condensing)	0 to 95% RH

性能特性

在 3.3V ±10% 激励和 25°C 条件下（除非另有说明），对 AUAV 系列传感器的各项性能参数进行了详细测量。以下是部分关键性能参数：	Parameter	Symbol	Min	Typ	Max	Units	Notes
Output Span - Differential Channel	Spanig		+0.4*2^24		Dec Count	1
Output Span - Absolute Channel	Spani		0.8*2^24		Dec Count	1
Offset Output @ Zero Diff./ Abs. Pressure - Differential Channel	OSig		0.5*2^24		Dec Count
Offset Output @ Zero Diff./ Abs. Pressure - Absolute Channel	OS.tig		0.1*2^24		Dec Count
Error Summary - LO5D - Differential Channel
Total Error Band [85°C to -20°C]	TEBp			+0.25	%FSS	2,6
Total Error Band [-20°C to -40°C]	TEBP			+0.45	%FSS	2,6
Accuracy	Accp			+0.10	%FSS	3,6

四、电气接口

I2C/SPI 电气参数

Parameter	Symbol	Min	Typ	Max	Units	Notes
Input High Level		70		100	% of VS	5
Input Low Level		0		30	% of VS	5
Output Low Level (at 3mA sink)				10	% of VS	5
I2C Pull-Up Resistor		1000				5
I2C Load Capacitance on SDA, @400kHz	CSDA			200	pF	5
I2C Input Capacitance (each pin)	CIZC.IN			10	pF	5
I2C Address - Differential Channel	ladr Di		38		dec
I2C Address - Absolute Channel	ladr Abs		39		dec

压力与温度输出传递函数

• 压力输出传递函数示例
  • 差压：$Differential Pressure = 1.25 timesleft(frac{P_{dig}-2^{23}}{2^{24}}right) times Cal Range$
  • 绝压：$Absolute Pressure = 250 mbar + 1.25 timesleft(frac{P_{dig}-left(0.1 × 2^{24}right)}{2^{24}}right) × 1000 mbar$
  • 其中，$P_{dig}$ 是经过扩展补偿校正后的传感器 24 位输出，CalRange 是校准差压范围的 2 倍。
• 温度输出传递函数
  • $Temperature left(^{circ} Cright)=left(frac{ Tout _{dig } * 155}{2^{24}}right)-45$
  • 其中，Tout(dig) 是传感器 24 位数字温度输出。

五、功能概述

AUAV 传感器是一款数字传感器，具有两个独立的信号路径，每个路径包括传感元件、差分放大器、模数转换器（ADC）、数字信号处理器（DSP）和支持 I2C 或 SPI 接口的 IO 块。ADC 在测量周期内对原始传感器信号（P）、温度参考（T）和零参考（Z）进行转换，DSP 接收转换后的压力和温度信息，并应用多阶传递函数对压力输出进行补偿，包括跨度、偏移、温度对跨度和偏移的影响以及二阶温度对偏移的影响等。

传感器支持五种测量命令，可返回单个压力/温度读数或 2、4、8 或 16 次读数的平均值。每个命令将传感器从空闲状态唤醒到活动状态，并启动测量周期。测量完成后，可使用数据读取命令读取结果，此时 ADC 和 DSP 进入空闲状态，IO 块返回 7 字节的状态和测量数据。

六、接口概述

I2C 接口

传感器自动根据协议选择 I2C 或 SPI 串行接口。若主机将 /SS 输入设置为低电平（SPI 命令事务时），则 I/O 接口将配置为 SPI 通信，直到断电；否则，一旦通过 I2C 接口接收到有效的设备地址和命令，I/O 接口将配置为 I2C 通信，直到断电。

I2C 接口使用标准的信号序列进行通信，包括总线空闲（I）、起始条件（ST）、从机地址（An）、确认（A 或 N）、数据有效（Dn）和停止条件（P）等。

SPI 接口

SPI 接口的位序列和总线信号如图所示，详细的时序数据可参考接口时序图。

七、接口时序图

I2C 时序图

PARAMETER	SYMBOL	MIN	TYP	MAX	UNITS
SCL frequency	fsCL	100		400	KHz
SCL low width	tLOW	1.3			uS
SCL high width	tHIGH	0.6			uS
Start condition setup	tSUSTA	0.6			US
Start condition hold	tHSTA	0.6			uS
Data setup to clock	tSUDAT	0.1			US
Data hold to clock	tHDAT	0			uS
Stop condition setup	tSUSTP	0.6			uS
Bus idle time	tDLE	2.0			us

SPI 时序图

PARAMETER	SYMBOL	MIN	TYP	MAX	UNITS
SCLK frequency	fscLk	0.05	1	5	MHz
SCLK duty cycle [tHIGH/(tLOW+tHIGH)]	DscLk	40	50	60	%
/SS low to first rising clock edge	tsscLK	5	50		ns
/SS low to MISO enabled	tssso			20	ns
/SS high to MISO disabled	tssz			20	ns
Clock to MISO data out	tcLKD	8		20	ns
MOSI setup to rising clock	tpsu	20			ns
MOSI hold after rising clock	toH	20			ns
Last falling clock to rising /SS	tckss	0			ns
Bus idle time	tIDLE	10			hs

八、数字接口命令格式

测量命令

不同的测量命令对应不同的 SPI 和 I2C 命令格式，如下表所示：	Description	SPI (3 bytes)	I2C (1 byte)
Start-Single	0xAA 0x00 0x00	0xAA
Start-Average2	0xAC 0x00 0x00	0xAC
Start-Average4	0xAD 0x00 0x00	0xAD
Start-Average8	0xAE 0x00 0x00	0xAE
Start-Average16	0xAF 0x00 0x00	0xAF

数据读取与状态读取

• 数据读取：I2C 为 7 字节读取传输，SPI 主机需发送 7 字节数据读取命令并读取数据。
• 状态读取：I2C 为 1 字节读取传输，SPI 主机需发送状态读取命令字节并读取 1 字节。

内存读取命令

用于从传感器内部存储器中检索扩展补偿系数，每个通道的内存映射不同。通过内存读取请求和内存数据读取操作来获取系数值。

九、初始化与扩展补偿

初始化说明

为确保传感器在所有工作条件下可靠运行，建议进行以下系统设计步骤：

1. 对于 SPI 通信，上电后按特定信号序列操作以锁定 SPI 接口。
2. 对每个通道进行单次读取操作，发送 Start-Single 命令，延迟完成后读取并丢弃结果。
3. 进行 EEPROM 读取以获取扩展补偿系数，注意在高温下的最大 EEPROM 读取访问时间。

扩展补偿说明

AUAV 系列传感器内部存储器中包含扩展补偿系数，系统设计人员可使用这些值对传感器输出数据进行额外的三阶误差校正调整和温度补偿，以提高压力读数的准确性。具体实现步骤包括读取系数、进行线性校正和温度补偿等。

十、封装与订购信息

封装图纸与引脚布局

提供了详细的封装图纸和引脚布局信息，方便工程师进行 PCB 设计。

产品标识

产品标识示例可帮助用户准确识别产品。

订购方式

通过特定的产品编号来订购所需的 AUAV 系列传感器，例如 AUAV-L05D-M25125-RR-N 表示具有特定压力范围和封装选项的传感器。

十一、应用建议

组装建议

AUAV 设备为非密封型，应按照 IPC/JEDEC 标准 J-STD-020 分类 MSL-4 进行处理。SMT 组装或其他高温处理需在打开工厂密封包装后 72 小时内完成，环境温度 <30°C/60% RH。若超出此时间间隔，需在 125°C 下烘烤 24 小时。

评估套件

All Sensors 提供 AUAV 评估套件（EK-AUAV01），帮助设计工程师在开发过程早期评估传感器性能。

应用笔记参考

可参考 AN-0019 空气速度和高度计算应用笔记，获取更多相关信息。

综上所述，Amphenol AUAV 系列双压力传感器以其高精度、紧凑轻便、可定制等优点，为无人机应用提供了出色的解决方案。电子工程师在设计无人机系统时，可根据具体需求选择合适的传感器型号，并遵循相关的技术参数和应用建议，以确保系统的性能和可靠性。你在实际应用中是否遇到过类似传感器的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。