利用MAX1452實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端傳感器補(bǔ)償

摘要：MAX1452高性能模擬信號(hào)調(diào)理器通過片內(nèi)閃存查找表或者OTC和FSOTC DAC實(shí)現(xiàn)線性補(bǔ)償。對(duì)于MAX1452溫度和傳感器溫度不同的應(yīng)用(例如，傳感器位于距離MAX1452較遠(yuǎn)的位置)，應(yīng)采用OTC和FSOTC DAC來補(bǔ)償傳感器輸出。本應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹實(shí)現(xiàn)這類遠(yuǎn)端傳感器補(bǔ)償的過程。在本文中，假設(shè)讀者熟悉MAX1452及其基本操作。

引言

MAX1452是高性能、低成本信號(hào)調(diào)理器，它具有片內(nèi)閃存、片內(nèi)溫度傳感器和全模擬信號(hào)通路。各種工業(yè)和汽車傳感器領(lǐng)域都采用了信號(hào)調(diào)理器，包括只限于對(duì)兩個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用。這種限制是出于成本、生產(chǎn)的考慮，并且無法將傳感器和信號(hào)調(diào)理器保持在同一溫度下。

MAX1452信號(hào)調(diào)理器支持兩種補(bǔ)償方法：

1. 第一種方法在兩個(gè)溫度點(diǎn)之間進(jìn)行線性外推處理(針對(duì)FSO和OFF DAC值)，以相應(yīng)的溫度系數(shù)裝入OFF和FSO查找表的每一單元，以糾正輸入信號(hào)的TC偏差。在這種方法中，OTC和FSOTC DAC被設(shè)置為任一固定值(和補(bǔ)償過程使用的數(shù)值一樣)。在工作期間，隨MAX1452溫度的變化，以相應(yīng)的系數(shù)來更新OFF和FSO DAC，從而補(bǔ)償輸入信號(hào)。
   
   
2. 在第二種方法中，把OFF和FSO查找表當(dāng)做一個(gè)DAC。利用隨溫度變化的電橋激勵(lì)電壓(VB)作為溫度參數(shù)，該電壓是OTC和FSOTC DAC的基準(zhǔn)電壓。根據(jù)補(bǔ)償期間的測量結(jié)果，計(jì)算OFF、FSO、OTC和FSOTC DAC的值。當(dāng)MAX1452和傳感器無法保持同一溫度時(shí)，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(yīng)該產(chǎn)生相似的結(jié)果。如果正確實(shí)施，這些方法能夠完全消除輸入信號(hào)TC誤差的線性分量，降低輸出誤差，只剩下輸入信號(hào)TC誤差的非線性分量。

MAX1452用戶手冊(cè)詳細(xì)介紹了第一種方法，本應(yīng)用筆記不再介紹。下面介紹通常被稱為遠(yuǎn)端傳感器補(bǔ)償?shù)牡诙N方法。

遠(yuǎn)端傳感器補(bǔ)償過程

下面介紹怎樣補(bǔ)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(bǔ)償結(jié)果。變送器通過補(bǔ)償來產(chǎn)生所需的0.5V失調(diào)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(yīng)該是4.5V。補(bǔ)償過程至少需要兩個(gè)壓力點(diǎn)(零和滿量程)以及兩個(gè)任意溫度點(diǎn)(T1和T2，其中T2 > T1)。選擇的T1和T2應(yīng)該使數(shù)據(jù)點(diǎn)達(dá)到最佳線性擬和，以降低整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的誤差。

下面列出了補(bǔ)償過程的主要步驟：

1. 系數(shù)初始化
2. FSO校準(zhǔn)
3. FSO和FSOTC補(bǔ)償
4. OTC補(bǔ)償
5. OFF補(bǔ)償

系數(shù)初始化

在開始之前，必須設(shè)置PGA增益、IRO索引和DAC，以防止PGA輸出在補(bǔ)償過程中過載。這些數(shù)值取決于傳感器特性，可以參考傳感器數(shù)據(jù)資料，獲得傳感器特性。

選擇PGA增益設(shè)置

對(duì)于典型的2.5V電橋激勵(lì)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(jì)算所需的信號(hào)增益。然后，從MAX1452數(shù)據(jù)資料的PGA表中選擇給出更大的PGAGAIN的PGAINDEX。

例如，2.5V激勵(lì)0.0364V輸出和4.0V VFSODESIRED的傳感器需要110V/V的信號(hào)增益。根據(jù)數(shù)據(jù)資料的PGA表，選擇PGA[3:0] = 0110，它對(duì)應(yīng)于117V/V增益。

選擇IRO索引

計(jì)算典型2.5V電橋激勵(lì)電壓時(shí)的傳感器失調(diào)。然后，從MAX1452數(shù)據(jù)資料IRO表中，選擇最接近IRO DAC輸出的IROINDEX，但是它應(yīng)該和傳感器的失調(diào)反向。

例子：對(duì)于+30mV失調(diào)的傳感器，選擇IRO[2:0] = 011，符號(hào)位 = 0，對(duì)應(yīng)于-27mV失調(diào)校準(zhǔn)。

選擇初始OTC DAC值

通常情況下，因?yàn)樵谝院笱a(bǔ)償OTC，因此一開始可以把OTC DAC值設(shè)置為零。但是，具有較大失調(diào)TC誤差的傳感器可能需要先進(jìn)行粗略的OTC調(diào)整，以防止輸出在補(bǔ)償期間出現(xiàn)飽和。對(duì)于失調(diào)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?jì)算初始OTC值：



其中，VB(T1) = 2.5V，利用傳感器數(shù)據(jù)資料提供的傳感器參數(shù)計(jì)算VSOUT(T1)、VSOUT(T2)和VB(T2)。

必須將OTC值寫入到OTC DAC中，并相應(yīng)地設(shè)置配置寄存器的OTC符號(hào)位。

FSO校準(zhǔn)

按照以下步驟確定初始FSO DAC值：

1. 將FSOTC DAC設(shè)置為任意值，例如0。
   
   
2. 傳感器加載PMIN。PMIN代表最小壓力。
   
   
3. 調(diào)整FSO DAC，直到電橋激勵(lì)電壓接近2.5V。
   
   
4. 測量電橋激勵(lì)電壓(VB)。
   
   
5. 調(diào)整OFF DAC，將PGAOUT電壓設(shè)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(jì)算VBIDEAL：
   
   
   
   如果VBIDEAL超出允許范圍[1.5V至(VDD - 0.5V)]，重新調(diào)整PGAGAIN設(shè)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(gè)操作范圍內(nèi)，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(diào)整FSO DAC設(shè)置VBIDEAL。
    
    
11. 重新調(diào)整OFF DAC，直到PGAOUT達(dá)到0.5V。
    
    
    
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