英飞凌 HBPC2001 高精度压力传感器 AEC-Q100 认证汽车电子专用传感芯片

HBPC2001系列压力传感器模组

产品特性

   压力范围：30kPa~110kPa，范围可选

   工作温度：-40~85℃

   供电电压：1.7~3 .6V（VDD），1.2~3 .6V（VDDIO）

   封装形式：带金属盖的LGA包装

   相对精度：±0.006kPa，等效于±0.5m

   精度：典型值±0.1kPa（30...110kPa）

   温度精度：±0.5℃

   压力温度灵敏度：<0.5Pa/K

   测量时间：典型值：28 ms，小值：3 ms

   平均电流消耗：高精度：60 uA，低功耗：3uA，待机：<1uA

    I2C和SPI接口，嵌入式24位ADC

    FIFO：存储新的32个压力或温度测量值

   不含铅、不含卤素且符合RoHS标准

潜在应用

   增强GPS导航功能（推算航、坡度检测等）

   室内和室外导航

   休闲和体育

   天气预报

   垂直速度指示（上升/下降速度）

第1 页

产品概述

HBPC2001是一款高精度、低功耗的微型数字气压传感器，集压力与温度传感功能于一身。其压力传感器元件采用电容式传感原理，确保在温度变化时仍能保持高精度。小巧的封装设计使HBPC2001成为移动应用和可穿戴设备的理想选择。

HBPC2001的内部信号处理器将压力和温度传感器元件的输出转换为24位结果。每个压力传感器都经过单独校准，并包含校准系数。这些系数在应用程序中用于将测量结果转换为真实的压力和温度值。

HBPC2001具有可存储新32次测量结果的FIFO。通过使用FIFO，主机处理器可在两次读数之间保持更长时间的休眠模式。这可以降低整个系统的功耗。

测试条件

表1：HBPC2001 测试条件

大额定参数

表2：HBPC2001 大参数

第2 页

电特性

VDD =1.8V，VDDIO=1 .8V，T=25°C，除非另有说明。如果未特别说明，给定的值是给定操作模式下温度/电压范围内的±3-Sigma 值。

表3：HBPC2001 机械特性

注：当前消耗取决于压力测量精度和速率。请参考压力配置（PRS_CFG）寄存器描述，以

了解不同测量精度和速率组合下的当前消耗概述。

第3 页

注：压力测量时间（以及大速率）取决于压力测量精度。有关测量精度和速率的可能组合

的概述，请参阅压力配置（PRS_CFG）寄存器说明。

操作

1、 操作模式

HBPC2001 支持三种不同的操作模式：待机、命令和后台模式。

    备用方式

- 通电或复位后的默认模式。不进行测量。

- 所有寄存器和补偿系数均可访问。

    命令方式

- 根据所选精度进行一次温度或压力测量。

- 测量完成后，传感器将返回待机模式，测量结果将在数据寄存器中可用。

第5 页

    后台方式

- 根据所选的测量精度和速率，连续进行压力和/或温度测量。温度测量在压力测量后立

即进行。

- FIFO 可用于存储32 个测量结果，并将传感器必须访问以读取结果的次数小化。注：操作模式和测量类型设置在传感器操作模式和状态（MEAS_CFG）寄存器中。

2、  操作模式

不同的应用需要不同的测量精度和测量速率。一些应用，如气象站，需要比室内导航和运动应用更低的精度和测量速率。

HBPC2001 的测量精度和速率（在后台模式下）可以配置为匹配其所用应用程序的要求。这降低了传感器和系统的电流消耗。

为了获得更高的精度，HBPC2001 将多次读取传感器（过采样），并将读数合并为一个结果。这增加了电流消耗和测量时间，从而再次降低了大测量速率。

测量精度、速率和时间设置在压力配置（PRS_CFG）和温度配置（TMP_CFG）寄存器中。寄存器描述包含有关当前消耗以及测量精度、时间和速率的可能组合的信息。

请注意，压力传感器具有温度依赖性。必须将温度测量与压力测量一起进行，以便补偿温度依赖性。这会降低大压力测量速率，因为：反应温度*时间温度+速率压力*时间压力<1 秒。测量设置和用例示例包含一个表格，其中列出了不同用例中压力和温度精度以及速率的组合示例。

3、  操作模式

HBPC2001 可通过SPI 3 线、SPI 4 线或I2C 串行接口作为从设备访问。

   I2C 接口

- 传感器的默认接口。

第6 页

- 传感器地址为0x77（默认）或0x76（如果SDO 引脚被拉低至GND)。

I2C 写入

写入操作通过发送从地址进入写模式（RW=‘0’）来完成，从而生成从地址111011X0（‘X’由SDO 引脚状态决定）。随后主设备发送寄存器地址对和寄存器数据。事务通过

停止条件结束。

图1：I2C 多字节写入命令

I2C 读取

要读取寄存器，首先需以写入模式发送寄存器地址（从设备地址111011X0)。随后必须生成停止或重复启动条件。之后以读取模式（RW=‘1’）访问地址111011X1 的从设备，接着从设备会持续发送自递增寄存器地址中的数据，直至出现NOACKM 和停止条件。

图2：I2C 多字节读取命令

   SPI 接口

- 如果传感器检测到CSB 引脚处于低电平有效状态，传感器将切换为SPI 模式。SPI

四线制是默认的SPI 接口。

第7 页

- 要启用SPI 三线配置，在启动后必须在中断和FIFO 配置（CFG_REG）寄存器中设置一个位。

CSB 处于低电平且具有集成上拉电阻。SDA 上的数据由器件在SCK 上升沿锁存，SDO在SCK 下降沿改变。通信开始于CSB 处于低电平时，并在CSB 处于高电平时停止；在 CSB 的这些转换期间，SCK 必须保持稳定。

图3：SPI 协议，四线制，无中断

在SPI 模式下，仅使用寄存器地址的7 位；寄存器地址的MSB 未被使用，而是由一个读/写位（RW=“0”表示写入，RW=“1”表示读取）所替代。

示例：对于读访问，地址为0x10，传输字节0x90；对于写访问，传输字节0x10。

SPI 写入

写操作通过降低CSB 并发送控制字和寄存器数据对来完成。控制字包含SPI 寄存器地址（即完整寄存器地址，不含第7 位）和写入命令（第7 位RW=0）。无需提升CSB 即可

进行多组写入操作。事务结束时需再次提升CSB。

图4：SPI 多字节写入命令

第8 页

SPI 读取

读取操作通过降低CSB 并首先发送一个控制字节来完成。控制字节包含SPI 寄存器地址（即完整寄存器地址，不含第7 位）和读取命令（第7 位RW=1）。写入控制字节后，数据会通过SDO 引脚（三线模式下为SDA）输出；寄存器地址会自动递增。

图5：SPI 多字节读取命令

4、  接口参数说明

   通用接口参数

通用接口参数如下表所示：

表4：接口参数

第9 页

   I2C 时序参数

I2C 时序如下图所示，对应值如下表所示。命名参考I2C 规范版本2.1，使用的缩写为 “S&F 模式”=标准和快速模式，“HS 模式”=高速模式，Cb=SDA 线上的总线电容。

图6：I2C 时序图

表5：I2C 时序

第10 页

   SPI 时序参数

SPI 时序图如下所示，对应的数值如下表所示所有时间均适用于四线和三线SPI。

图7：脉冲时序图

表6：SPI 时序

第11 页

5、  中止

当有新的测量结果可用和/或FIFO 已满时，HBPC2001 可以生成中断。传感器使用SDO引脚发送中断信号，因此，如果接口是4 线SPI，则不支持中断。

中断功能在中断和FIFO 配置（CFG_REG）寄存器中启用和配置。SDO 引脚既作为中断引脚，又作为设备地址的低有效位。如果SDO 引脚被拉低，则中断极性必须设置为高电平有效，反之亦然。

中断状态可以从中断状态（INT_STS）寄存器中读取。

6、  FIFO 操作

HBPC2001 FIFO 可存储后32 个压力或温度测量值。当主机处理器不需要持续从传感器中提取数据时，这可降低整个系统的功耗，主机处理器可以进入更长时间的待机模式。

FIFO 将存储温度和压力测量值的任意组合，因为温度和压力的测量速率可以在后台模式下独立设置。例如，压力速率可以设定为温度速率的四倍，因此每五个结果中仅有一个是温度结果。测量类型可在结果数据中查看。传感器会将低有效位设置为：

    如果结果是压力测量值，则为“1”。

    如果是温度测量值，则为“0”。

-  传感器使用24 位来存储测量结果。由于该数值比覆盖压力传感器完整动态范

第12 页

围所需的数值更多，因此使用低有效位标记测量类型不会影响结果的精度。

FIFO 可以在中断和FIFO 配置（CFG_REG）寄存器中启用。无论FIFO 中的下一个结果是温度还是压力测量，FIFO 中的数据都从压力数据（PRS_Bn）寄存器中读出。

当读取测量值时，FIFO 将自动递增并将下一个结果放入数据寄存器。当FIFO 为空且所有后续读取都将返回0x800000 时，将在FIFO 状态（FIFO_STS）寄存器中设置标志。

如果FIFO 已满，则FIFO 状态（FIFO_STS）寄存器中将设置一个标志，如果在中断和FIFO 配置（CFG_REG）寄存器中启用该标志，则传感器将生成一个中断。

7、  校准和测量补偿

HBPC2001 是经过校准的传感器，包含校准系数。这些校准系数在应用程序中使用（例如由主机处理器使用），用于补偿测量结果中的传感器非线性。

以下章节描述如何计算补偿结果并将其转换为Pa 和°C 值。

   如何计算补偿压力值

1、 从校准系数寄存器中读取校准系数（c00、c10、c20、c30、c01、c11 和c21）。

注：系数c00 和c10 是20 位二进制补码，c20、c30、c01、c11 和c21 是16 位二进制补码。

2、 根据所选的精度率，选择缩放因子kT（温度）和kP（压力）。缩放因子列于表7中。

3、 读取寄存器或FIFO 中的压力和温度结果

注：从结果寄存器（或FIFO)读取的测量值是24 位二进制补码。根据所选的测量速率，可能无法测量自上次压力测量以来的温度。

4、 计算测量结果的量程。

Traw_sc =Traw/kT

Praw_sc =Praw/kP

5、 计算补偿测量结果。

第13 页

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

   如何计算补偿温度值

1、 从校准系数（COEF）寄存器中读取校准系数（c0 和c1）。

注意：从系数寄存器中读取的系数是12 位二进制补码。

2、 根据所选的精度率选择缩放因子kT（温度）。缩放因子列于表6 中。

3、 从温度寄存器或FIFO 中读取温度结果。

注：从温度结果寄存器（或FIFO)读取的温度测量值是24 位二进制补码。

4、 计算测量结果的量程。

Traw_sc =Traw/kT

5、 计算补偿测量结果

Tcomp（℃）=c0*0 .5+c1*Traw_sc

   补偿比例系数

表7：补偿比例系数

第14 页

封装尺寸

HBPC2001 产品系列封装尺寸如下图12，所有尺寸单位均为毫米(mm)，未标明公差为±0 .1mm。

(a)顶视图（b)底视图          (c)侧视图

图12：封装尺寸图

引脚定义及功能描述

HBPC2001 产品系列引脚定义如图13，引脚功能描述如表14。

图13：引脚定义图

表14：引脚功能描述

请注意：

1) 任何电信号不要连到NC 脚，否则可能会引起部分功能失效。

2) 焊装过程中做好防静电保护。

3) 过载电压(6 .5VDC)可能烧毁电路芯片，请在Vdd 和GND 之间加上0 .1uf 电容。

4) 本产品无反接保护，装配时请注意电源极性。

参考回流曲线

HBPC2001 产品系列SMT 回流焊温度曲线请参看图14，回流焊的工艺参数说明请参

考表15。

第16 页

图14：回流焊温度曲线

表15：回流焊参数说明

第17 页

请注意:

1) 传感器芯片上不允许落入灰尘中，以免影响产品性能。

2) 回流焊后清洗时，避免清洗剂或清洁剂侵入内部损坏产品。请不要将产品暴露在超声波处理或清洁，避免产品发生故障。

3) 建议回流焊次数不超过3 次。

版本修订记录

第18 页