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WF5803F Miniature Variometer Module

高精度 24 - bit Σ-Δ ADC

工作電壓 1.8 ~ 3.6 V

工作壓力范圍 10 ~ 1300 mbar

快速 I2C數(shù)字輸出接口

不銹鋼金屬圈配合密封圈密封

產(chǎn)品描述

WF5803F是帶有I2C總線接口的高精度氣壓計(jì)。能夠分辨出20cm高度變化。氣壓計(jì)包含一個(gè)高線性度的MEMS

壓力芯片和低功耗24位Σ-Δ ADC，ADC內(nèi)有高分辨率溫度傳感器。氣壓計(jì)提供24位氣壓數(shù)據(jù)和16位溫度數(shù)據(jù)，

可以根據(jù)應(yīng)用的需要優(yōu)化數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換速度、功耗以及精度。WF5803F幾乎能與任何微控制器接口，通信協(xié)議簡(jiǎn)

單，不需要對(duì)內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程。灌封膠保護(hù)和不銹鋼金屬圈的封裝使得傳感器具有100m的密封防水能力。

WF5803F壓力感應(yīng)原理、信號(hào)處理方式以及*的封裝工藝能夠保證傳感器獲得低壓力遲滯、溫度遲滯和

高穩(wěn)定性。

應(yīng)用

絕壓測(cè)量系統(tǒng)

工業(yè)自動(dòng)化

氣壓計(jì)、高度計(jì)

消費(fèi)類電子

碼表

數(shù)據(jù)記錄儀

WF5803F Miniature Variometer Module

1.工作條件及電氣參數(shù)

1.1.極限工作條件

表1 極限工作條件

參數(shù)

符號(hào)

條件

小

大

單位

電源電壓

VDD

-0.3

+3.6

V

V

所有引腳電壓

過壓

VDDIO

P

所有引腳

-0.3

0

VDD+0.3

10,000

+85

hPa

°C

存儲(chǔ)溫度

TSTOR

ESD

-45

ESD電壓等級(jí)

人體釋放模式

±2

kV

1.2.電氣參數(shù)

除非特別聲明，VDD = 3.3V，T=25°C。  

表2 參數(shù)規(guī)格

參數(shù)

符號(hào)

條件

小

典型

大

單位

°C

工作溫度范圍

TA

工作溫度

-40

25

+85

工作壓力范圍

供電電壓

P

VDD

10

1300

3.6

hPa

V

1.8

1Hz數(shù)據(jù)輸出速率，低壓

力、溫度過采樣率

壓力測(cè)量時(shí)

工作電流

IDD，LP

5.4

μA

峰值電流

Ipeak

IDDT

760

541

0.1

μA

μA

μA

溫度測(cè)量時(shí)的電流

待機(jī)電流

IDDSL

25℃

0.3

750…1100hPa

25℃

相對(duì)精度

Arel

±0.5

±4

hPa

hPa

hPa

HPa

750…1100hPa

-20…+85℃

750…1100hPa

0…+65℃

APext

壓力精度

±2.5

±1.5

750...1100hPa

at25℃

P

full

A

WF5803F Miniature Variometer Module

參數(shù)

溫度精度

電源抑制比（DC）

*穩(wěn)定性

符號(hào)

條件

小

典型

大

單位

°C

@25℃

±0.8

±1.5

A

T

0…+65℃

全電壓（VDD

°C

PSSR

ΔPsta

b

）范圍

±0.005

Pa/mV

12 個(gè)月

±1.5

hPa

hPa

回流焊漂移

TBD

2.操作

2.1.工作框圖

WF5803F包含一個(gè)壓阻式 MEMS壓力芯片和一個(gè)信號(hào)調(diào)理芯片。信號(hào)調(diào)理芯片包含前端低噪聲放大器、AD

轉(zhuǎn)換器、NVM、控制單元、溫度傳感器、電源、IC通信接口。NVM存儲(chǔ)校準(zhǔn)系數(shù)，能同時(shí)對(duì)零點(diǎn)、靈敏度和非

2

線性實(shí)現(xiàn)二階補(bǔ)償?？驁D如圖1。

圖1 WF5803F工作框圖

2.2.溫度和壓力測(cè)量

    通過發(fā)送0xAC 的I2C命令可獲取使用內(nèi)部校準(zhǔn)算法校準(zhǔn)的電橋和溫度值。讀出共5個(gè)字節(jié)的電橋校準(zhǔn)值

和溫度校準(zhǔn)值，需要說明的是讀到的校準(zhǔn)值是以百分比形式表示的無符號(hào)數(shù)，需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的換算。以下將

對(duì)如何發(fā)送0xAC命令利用內(nèi)部校準(zhǔn)算法獲取校準(zhǔn)值進(jìn)行詳細(xì)的說明。

WF5803F Miniature Variometer Module

2.2.1.發(fā)送命令讀取校準(zhǔn)值的說明

   WF5803F使用 I2C總線協(xié)議與外部進(jìn)行通信。默認(rèn)的  7bit I2C設(shè)備地址為 0x78，后一比特表示通信的

方向，0表示主設(shè)備寫操作，1表示主設(shè)備讀操作。WF5803F始終作為I2C的從設(shè)備。

   可以通過發(fā)送兩種命令來獲取校準(zhǔn)值，分別是0xAC和0xBX。0xAC命令是用校準(zhǔn)傳感器時(shí)定義的溫度、壓

力過采樣率來讀取數(shù)據(jù)，而0xBX則是可以通過以外部MCU設(shè)置的溫度、壓力過采樣率來讀取數(shù)據(jù)。主設(shè)備在

發(fā)送0xAC或0xBX的I2C命令與之通信時(shí)要遵照的方式是*的，現(xiàn)以0xAC為例說明。主設(shè)備發(fā)送0XF0（包

括7bit I2C設(shè)備地址0x78和1bit的0表示進(jìn)行的是寫操作）然后跟著     1字節(jié)的I2C命令字0xAC，如圖2。

S

P

A   Acknowledge

From master to slave

From slave to master

Start

Stop

N   Not Acknowledge

S

0xF0

A

0xAC

A   P

                           圖2 I2C輸入請(qǐng)求命令

   在發(fā)送完寫指令后需要等待一段時(shí)間再發(fā)送讀指令才能夠讀取出數(shù)據(jù)。需要說明的是由于內(nèi)部完成測(cè)量需

要一段時(shí)間，等待的時(shí)長取決于OTP(Address: 0x14)的[13:11]壓力過采樣率和OTP(Address: 0x14)的[15:14]

溫度過采樣率的設(shè)置。要保證寫命令和讀命令的時(shí)間間隔大于測(cè)量的時(shí)間才能夠讀出數(shù)據(jù)。需嚴(yán)格按照要求

先發(fā)送寫命令間隔一段時(shí)間后再發(fā)送讀命令，然后會(huì)讀到以下圖 3格式的數(shù)據(jù)共 6個(gè)字節(jié)依次為 1字節(jié)狀態(tài)

字，3字節(jié)電橋校準(zhǔn)值，2字節(jié)溫度校準(zhǔn)值。

BridgeDat  A    BridgeDat  A

BridgeDat

[7:0]

A

TempDat

[15:8]

A

TempDat

N   P

[7:0]

S

0XF1

A

Status

A

[23:16]

[15:8]

                  圖3 I2C讀出5字節(jié)校準(zhǔn)后的電橋和溫度值

WF5803F的I2C接口的任何響應(yīng)都由status字節(jié)開始，緊接著是數(shù)據(jù)，返回的數(shù)據(jù)內(nèi)容基于前一條指令。

如果重復(fù)I2C讀指令，則將多次讀到相同的數(shù)據(jù)。

0xBX命令設(shè)置，如表3。例如，使用0xB4命令，是以8x OSR_T和8x OSR_P讀取校準(zhǔn)的溫度和壓力數(shù)據(jù)。

WF5803F Miniature Variometer Module

表3 0xBX命令

命令  0xBX(HEX)

功能

描述

X [3] Bit

X [2:0] Bit

OSR_T,溫度   ADC過采樣率

OSR_P,壓力   ADC過采樣率

0: 8x OSR

1: 16x OSR

000: 128x OSR

001: 64x OSR

010: 32x OSR

011: 16x OSR

100: 8x OSR

101: 4x OSR

110: 2x OSR

000: 1x OSR

2.2.2.處理校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的說明

  在發(fā)送了寫命令后等待一段時(shí)間再發(fā)送讀命令，然后會(huì)讀到 1個(gè)字節(jié)的狀態(tài)字 5個(gè)字節(jié)的校準(zhǔn)后的電橋和

溫度值。由于返回的校準(zhǔn)值是以百分比形式表示的無符號(hào)數(shù)需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的換算，為方便理解以下將舉例說

明。假設(shè)讀到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如下：

   0x04  0x9B  0XB0  0XC5  0x56  0xAA   

其中 0x04為狀態(tài)字，0x9B  0XB0  0XC5三個(gè)字節(jié)為電橋校準(zhǔn)值，0x56  0xAA兩個(gè)字節(jié)為溫度校準(zhǔn)值。以下

將逐一說明。

2.2.3.狀態(tài)字

   如果狀態(tài)字的Bit5為1表明近一次I2C命令所要求讀取的數(shù)據(jù)還未有效。此時(shí)需要等待一段時(shí)間。

如果狀態(tài)字的Bit5為0表明設(shè)備非忙，近一次I2C命令所要求讀取的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好被讀取。關(guān)于狀態(tài)字

各比特的描述如表4所示。

表4 狀態(tài)字比特位描述

比特位

Bit7

Bit6

意義

描  述

保留

固定為0

1設(shè)備上電（VDDB on）；0設(shè)備掉電

上電指示 (Power

indication)

Bit5

忙閑指示(Busy indication)   1設(shè)備忙，表明近一次IC命令所要求讀取的數(shù)據(jù)還未有效。

2

如果設(shè)備忙，新的命令將不被處理。

0表明近一次IC命令所要求讀取的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好被讀取

2

固定為0

Bit4

Bit3

保留

工作狀態(tài) (Mode Status)

0   NOR mode

1   CMD mode

Bit2

存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)完整性指示

0表示OTP存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)完整性測(cè)試 (CRC)通過，

WF5803F Miniature Variometer Module

(Memory integrity/error

flag)

1表示完整性測(cè)試失敗。

對(duì)數(shù)據(jù)完整性的測(cè)試只在上電過程中(POR)計(jì)算一次，所以被寫

入的新CRC值只能在接下來的POR之后使用。

Bit1

Bit0

保留

保留

固定為0

固定為0

2.2.4.校準(zhǔn)值的處理

2.2.4.1.三個(gè)字節(jié)壓力校準(zhǔn)值

讀到的電橋校準(zhǔn)值為 24bits的無符號(hào)數(shù)，是以百分比形式表示的。需要將讀到的 24bits的無符號(hào)數(shù)轉(zhuǎn)

化為十進(jìn)制數(shù)后，換算成對(duì)應(yīng)的百分比，再根據(jù)校準(zhǔn)時(shí)使用的量程進(jìn)行換算。

例如讀到的電橋校準(zhǔn)值Bridge為    0x9B  0XB0  0XC5

校準(zhǔn)時(shí)使用的量程為30~95 kPa

將Bridge轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)

     10011011  10110000  11000101

將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)

Bridge=2º*1+2²*1+2*1+2*1+2  *1+2 *1+2 *1+2 *1+2 *1+2 *1+2 *1+2 *1=10203333

6        7        12        13        15        16        17        19        20        23

換算成百分比，百分比在數(shù)值上等于我們換算得到的十進(jìn)制數(shù)與 24bits的大值之比。由于 24bits無

符號(hào)數(shù)的大值為16777214，所以在換算百分比時(shí)可進(jìn)行如下計(jì)算：

    10203333/16777214*=60.817%

對(duì)應(yīng)校準(zhǔn)時(shí)的量程確定出具體的校準(zhǔn)值，本次計(jì)算，校準(zhǔn)時(shí)使用的量程為30~95 kPa

    校準(zhǔn)值=（95-30）*（60.817%-30%）/(70%-30%)+30=80.0776kPa

2.2.4.2.兩個(gè)字節(jié)溫度校準(zhǔn)值

讀到的溫度校準(zhǔn)值為 16bits的無符號(hào)數(shù)，是以百分比形式表示的。需要將讀到的 16bits的無符號(hào)數(shù)轉(zhuǎn)

化為十進(jìn)制數(shù)后，換算成對(duì)應(yīng)的百分比，再根據(jù)校準(zhǔn)時(shí)使用的量程進(jìn)行換算。

例如讀到的溫度校準(zhǔn)值Temp為   0x56  0xAA  

溫度的校準(zhǔn)范圍規(guī)定為-40~+150℃

WF5803F Miniature Variometer Module

將Temp轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)

      01010110  10101010

將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)

Temp=2¹*1++2³*1+2*1+2*1+2*1+2  *1+2 *1+2 *1=22186

5        7        9        10        12        14

換算成百分比，百分比在數(shù)值上等于我們換算得到的十進(jìn)制數(shù)與 16bits的大值之比。由于 16bits無

符號(hào)數(shù)的大值為65535，所以在換算百分比時(shí)可進(jìn)行如下計(jì)算：

   22186/65535*=33.854%

對(duì)應(yīng)校準(zhǔn)時(shí)的量程確定出具體的校準(zhǔn)值

  校準(zhǔn)值=（150-（-40））*33.854%-40=24.32℃

2.2.5.讀寫指令間隔時(shí)長的計(jì)算

   在發(fā)送完寫指令后需要等待一段時(shí)間再發(fā)送讀命令進(jìn)行讀取，因?yàn)閮?nèi)部需要一段時(shí)間來完成整個(gè)測(cè)量。

這個(gè)時(shí)間的長短由OTP(Address: 0x14)的[13:11]壓力過采樣率和OTP(Address: 0x14)的[15:14]溫度過采樣

率決定。對(duì)應(yīng)不同的壓力和溫度的過采樣率測(cè)量時(shí)間是可以通過計(jì)算得到的。根據(jù)表2、表3的過采樣率，再

對(duì)應(yīng)表 4使用不同過采樣率的測(cè)量時(shí)間即可計(jì)算出需要等待的時(shí)間（溫度和電橋過采樣率的倍率和測(cè)量時(shí)間

的對(duì)應(yīng)關(guān)系相等，計(jì)算時(shí)對(duì)照表4即可）。

   例如OTP(Address: 0x14)的[13:11]壓力過采樣率設(shè)置為010（32x），OTP(Address: 0x14)的[15:14]

溫度過采樣率設(shè)置為01（16x）則對(duì)照表7發(fā)送寫命令后需要等待的測(cè)量時(shí)間為：

   56ms+31ms=87ms   

   因此要保證讀寫指令的間隔時(shí)長大于87ms才能夠讀出校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)。

表5   測(cè)量壓力時(shí)ADC的過采樣率選擇

OSR_Pressure[2:0](二進(jìn)制)

OSR_P

128x過采樣率(大值)

64x過采樣率

000

001

010

011

100

101

110

32x 過采樣率

16x 過采樣率

8x 過采樣率

4x 過采樣率

2x 過采樣率

WF5803F Miniature Variometer Module

OSR_Pressure[2:0](二進(jìn)制)

OSR_P

111

1x 過采樣率 (小值)

表6  測(cè)量溫度時(shí)ADC的過采樣率選擇

OSR_Temperature[15:14](二進(jìn)制)

OSR_T

8x過采樣率(小值)

16x過采樣率

00

01

10

11

32x過采樣率

64x過采樣率(大值)

表7  過采樣率倍率和測(cè)量時(shí)間的關(guān)系

參數(shù)

符號(hào)

條件

小

典型

203

105

56

大

單位

過采樣率  128x

過采樣率  64x

過采樣率  32x

過采樣率 16x

過采樣率  8x

過采樣率  4x

過采樣率  2x

單次測(cè)量時(shí)間

tCONV

OSR_P

31

ms

（壓力或溫度）

19

13

10

2.2.6.  I2C接口的時(shí)序

SDA

SCL

8

9

8

9

8

9

1 - 7

1 - 7

1 - 7

S

P

START

ADDRESS

R/W

ACK

DATA

ACK

DATA

ACK

STOP

condition

condition

圖4  I2C信號(hào)時(shí)序圖

START Condition

SDA由空閑高狀態(tài)轉(zhuǎn)換為低狀態(tài)，這時(shí)SCL保持高。這也能在傳輸過程中重復(fù)發(fā)送start condition，

這預(yù)示操作將會(huì)重新開始而沒有中間的停止位。

Address Bits

在*個(gè)字節(jié)傳輸過程中，前 7-bits提供設(shè)備的地址，默認(rèn)為 0x78。這個(gè)地址的設(shè)備將會(huì)應(yīng)答

WF5803F Miniature Variometer Module

本次通信。通過燒寫OTP的地址0x02(Slave_Addr)的內(nèi)容，可以修改I2C的設(shè)備地址。

Read/Write Direction Bit

在*個(gè)字節(jié)傳輸過程中，后一比特指出通信的方向。0表示主設(shè)備寫操作，1表示主設(shè)備讀操作。

如果主設(shè)備請(qǐng)求讀從設(shè)備，則主設(shè)備將在后來的字節(jié)控制SDA線輸出數(shù)據(jù)。

Data Byte

所有其它的字節(jié)，除了地址和讀/寫位，在SDA上傳輸被認(rèn)為是通信的數(shù)據(jù)字節(jié)。

Acknowledge or Not Acknowledge Bit

應(yīng)答位用來告訴發(fā)送者字節(jié)已經(jīng)接收到。設(shè)備接收到數(shù)據(jù)需要應(yīng)答每個(gè)字節(jié)，包括地址字節(jié)。在這個(gè)

時(shí)刻，發(fā)送數(shù)據(jù)的總線設(shè)備停止驅(qū)動(dòng)SDA線并且SDA線被拉高。不應(yīng)答

做任何事。應(yīng)答一個(gè)字節(jié)，接收設(shè)備需要把SDA拉低。

一個(gè)字節(jié)，接收設(shè)備不需要

一個(gè)接收從設(shè)備不需要應(yīng)答，如果從設(shè)備不是尋址的設(shè)備或者設(shè)備不能處理接收的字節(jié)。主設(shè)備不應(yīng)

答，如果主設(shè)備在接收中并且想結(jié)束通信。如果遇到不應(yīng)答。設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)需要產(chǎn)生一個(gè)停止位。

Stop Condition

SDA從低狀態(tài)轉(zhuǎn)換到高狀態(tài)，而且SCL保持高。這個(gè)結(jié)束I2C通信。

3.尺寸、引腳

WF5803F Miniature Variometer Module

圖X WF5803F 尺寸、引腳

備注：

1.所有尺寸單位為mm。

2.尺寸公差為 +/-0.1mm。

4.包裝

圖X 塑料管包裝