看大厂如何提供桥式传感器（Bridge Sensor）解决方案？

前言

上次我们介绍了桥式传感器（Bridge Sensor）的工作原理，然而，一个完整的桥式传感器系统，需涵盖信号产生、放大、滤波、模数转换等一整套处理流程，这便是常说的 “解决方案” 。

好在这个领域各个大厂资料丰富，今天我们就以 TI 为例，看看其方案如何。

TI Bridge Sensor 解决方案

我选用是 TI “Bridge Sensor Solution” 文档（参考资料 [1]），全文只有三页，开篇是一个原理图：

原理图中包含如下组成：

桥式传感器（Bridge Sensor）：通过惠斯通电桥将外部物理量转换为微弱的电压信号。
INA（仪表放大器）：通过高增益将微弱的电压信号放大至伏级，同时具有共模抑制比（CMRR），能够抑制电源波动、电磁干扰等共模噪声。
基准电压（Reference Voltage）：为 INA 的输出提供参考电平，匹配 ADC 量程。
ADC 驱动器：连接 INA 与 ADC，优化阻抗匹配问题，并可在信号进入 ADC 之前进行抗混叠滤波。
ADC（模数转换器）：将模拟信号转为数字信号，按精度和速度需求可选用逐次逼近型（SAR）或 Σ-Δ 型。

上述五部分协同运作，从物理量采集到数字信号输出，构成了一套完整的解决方案。

我之所以选择这份文档，是因为它实用性很强 —— 针对不同应用需求（如精度、偏移、PCB 面积、成本等）给出了推荐型号及组合：

PS：文中是 TI 2023 年的价格。

当然，该文档只是让方案有一个基础，如果真正调好性能，光靠这三页是不够的 —— 所以文中还引用了其他资料作为补充，比如专门讲解放大、噪声、滤波、校准的内容，还有 ADC 是一个更大的话题：

关于 “应力应变” 的应用

“应力应变” 是一类常见应用，涵盖应变片（strain gauges）、压力传感器（pressure sensors）和称重传感器（load cells）等。由于这类应用对带宽要求不高，但成本敏感，因此我们单独提一下。

TI 的方案

大概十几年前，TI 在这方面提供过一个设计方案—— 它采用 Σ-Δ 型 ADC（ADS1232），而非前述的 SAR ADC。

ADS1232 的评估板及功能框图如下：

评估板方案集成称重、皮重、校准、公制单位、显示等常见功能，配合 PC 软件可分析电压波形与 RMS 噪声。所以，功能丰富、专业性强，非常适合技术人员学习研究。

海芯科技的方案

近年来，市面上出现来自 “海芯科技” 的 HX711 芯片，它是一款专为桥式传感器设计的 24 位 Σ-Δ 型模数转换器（ADC），常被用于电子秤、压力检测等产品：

与 ADS1232 一样，它内置低噪声可编程增益放大器（PGA）；支持多通道输入；易于与 MCU 连接；还集成了稳压电路，功耗较低，适合电池供电。

HX711 极具性价比：立创商城上单价不足 2 元，远低于 ADS1232 的 9 元。即便在海外，基于它的 Arduino、STM32 应用实例也比比皆是。

无疑，这是一款成功的芯片，也是典型的中国商业模式 —— 通过“跟跑式创新”，把技术做透、做普惠。不过这样的模式，终究是在别人定义的赛道上追赶。未来，我们必须跳出 “成本内卷” 的路径依赖，转向 “ 0 到 1” 的颠覆式创新：像惠斯通电桥、仪表放大器、Σ-Δ ADC 等等这些奠定行业基石的发明那样，在真正的底层技术上撕开缺口，开辟新赛道。（扯远了……）

总结

本文以 TI 为例，介绍了其在桥式传感器领域的解决方案，附上相关参考文档链接，供拓展阅读。

前言

TI Bridge Sensor 解决方案

关于 “应力应变” 的应用

TI 的方案

海芯科技的方案

总结

参考资料

相关前文