利用MAX1452實現遠端傳感器補償

摘要：MAX1452高性能模擬信號調理器通過片內閃存查找表或者OTC和FSOTC DAC實現線性補償。對于MAX1452溫度和傳感器溫度不同的應用(例如，傳感器位于距離MAX1452較遠的位置)，應采用OTC和FSOTC DAC來補償傳感器輸出。本應用筆記詳細介紹實現這類遠端傳感器補償的過程。在本文中，假設讀者熟悉MAX1452及其基本操作。

引言

MAX1452是高性能、低成本信號調理器，它具有片內閃存、片內溫度傳感器和全模擬信號通路。各種工業(yè)和汽車傳感器領域都采用了信號調理器，包括只限于對兩個溫度點進行補償的應用。這種限制是出于成本、生產的考慮，并且無法將傳感器和信號調理器保持在同一溫度下。

MAX1452信號調理器支持兩種補償方法：

1. 第一種方法在兩個溫度點之間進行線性外推處理(針對FSO和OFF DAC值)，以相應的溫度系數裝入OFF和FSO查找表的每一單元，以糾正輸入信號的TC偏差。在這種方法中，OTC和FSOTC DAC被設置為任一固定值(和補償過程使用的數值一樣)。在工作期間，隨MAX1452溫度的變化，以相應的系數來更新OFF和FSO DAC，從而補償輸入信號。
   
   
2. 在第二種方法中，把OFF和FSO查找表當做一個DAC。利用隨溫度變化的電橋激勵電壓(VB)作為溫度參數，該電壓是OTC和FSOTC DAC的基準電壓。根據補償期間的測量結果，計算OFF、FSO、OTC和FSOTC DAC的值。當MAX1452和傳感器無法保持同一溫度時，必須采用這一方法。它也可以用于MAX1452和傳感器溫度相同的情況。

這兩種方法應該產生相似的結果。如果正確實施，這些方法能夠完全消除輸入信號TC誤差的線性分量，降低輸出誤差，只剩下輸入信號TC誤差的非線性分量。

MAX1452用戶手冊詳細介紹了第一種方法，本應用筆記不再介紹。下面介紹通常被稱為遠端傳感器補償的第二種方法。

遠端傳感器補償過程

下面介紹怎樣補償壓力變送器，它采用了MAX1452和100KPaG PRT壓力傳感器。表1和圖1至圖3列出了補償結果。變送器通過補償來產生所需的0.5V失調電壓[VOUT(PMIN)]和4.0V FSO電壓[VOUT (PMAX) - VOUT (PMIN)]。因此，滿量程壓力檢測輸出電壓[VOUT(PMAX)]應該是4.5V。補償過程至少需要兩個壓力點(零和滿量程)以及兩個任意溫度點(T1和T2，其中T2 > T1)。選擇的T1和T2應該使數據點達到最佳線性擬和，以降低整個工作溫度范圍內的誤差。

下面列出了補償過程的主要步驟：

1. 系數初始化
2. FSO校準
3. FSO和FSOTC補償
4. OTC補償
5. OFF補償

系數初始化

在開始之前，必須設置PGA增益、IRO索引和DAC，以防止PGA輸出在補償過程中過載。這些數值取決于傳感器特性，可以參考傳感器數據資料，獲得傳感器特性。

選擇PGA增益設置

對于典型的2.5V電橋激勵電壓(VB)，以測得的傳感器步長(VSOUT)來劃分變送器的滿量程輸出電壓(VFSODESIRED)，計算所需的信號增益。然后，從MAX1452數據資料的PGA表中選擇給出更大的PGAGAIN的PGAINDEX。

例如，2.5V激勵0.0364V輸出和4.0V VFSODESIRED的傳感器需要110V/V的信號增益。根據數據資料的PGA表，選擇PGA[3:0] = 0110，它對應于117V/V增益。

選擇IRO索引

計算典型2.5V電橋激勵電壓時的傳感器失調。然后，從MAX1452數據資料IRO表中，選擇最接近IRO DAC輸出的IROINDEX，但是它應該和傳感器的失調反向。

例子：對于+30mV失調的傳感器，選擇IRO[2:0] = 011，符號位 = 0，對應于-27mV失調校準。

選擇初始OTC DAC值

通常情況下，因為在以后補償OTC，因此一開始可以把OTC DAC值設置為零。但是，具有較大失調TC誤差的傳感器可能需要先進行粗略的OTC調整，以防止輸出在補償期間出現飽和。對于失調TC誤差大于滿量程輸出10%的傳感器，建議采用不為零的OTC初始值?？梢园聪旅娴墓絹碛嬎愠跏糘TC值：



其中，VB(T1) = 2.5V，利用傳感器數據資料提供的傳感器參數計算VSOUT(T1)、VSOUT(T2)和VB(T2)。

必須將OTC值寫入到OTC DAC中，并相應地設置配置寄存器的OTC符號位。

FSO校準

按照以下步驟確定初始FSO DAC值：

1. 將FSOTC DAC設置為任意值，例如0。
   
   
2. 傳感器加載PMIN。PMIN代表最小壓力。
   
   
3. 調整FSO DAC，直到電橋激勵電壓接近2.5V。
   
   
4. 測量電橋激勵電壓(VB)。
   
   
5. 調整OFF DAC，將PGAOUT電壓設置為0.5V。
   
   
6. 測量PGAOUT，VOUT(PMIN)。
   
   
7. 傳感器加載PMAX。PMAX代表最大壓力。
   
   
8. 測量PGAOUT，VOUT(PMAX)。
   
   
9. 按照下面的公式計算VBIDEAL：
   
   
   
   如果VBIDEAL超出允許范圍[1.5V至(VDD - 0.5V)]，重新調整PGAGAIN設置。如果VBIDEAL過低，在第一步中減小PGAGAIN，然后返回第二步。如果VBIDEAL過高，在第一步中增大PGAGAIN，然后返回第二步。注意，在整個操作范圍內，須滿足1.5V VB (VDD - 0.5V)的范圍限制。因此，必須為VB隨溫度變化留有足夠的裕量。
   
   
10. 通過調整FSO DAC設置VBIDEAL。
    
    
11. 重新調整OFF DAC，直到PGAOUT達到0.5V。
    
    
    
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