MAX1452高性能模擬信號調(diào)理器通過片內(nèi)閃存查找表或者OTC和FSOTC DAC實現(xiàn)線性補償。對于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來補償傳感器輸出。本應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹實現(xiàn)這類遠(yuǎn)端傳感器補償?shù)倪^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通路。各種工業(yè)和汽車傳感器領(lǐng)域都采用了信號調(diào)理器，包括只限于對兩個溫度點進(jìn)行補償?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調(diào)理器保持在同一溫度下。

MAX1452信號調(diào)理器支持兩種補償方法：

第一種方法在兩個溫度點之間進(jìn)行線性外推處理(針對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，從而補償輸入信號。

在第二種方法中，把OFF和FSO查找表當(dāng)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(shù)，該電壓是OTC和FSOTC DAC的基準(zhǔn)電壓。根據(jù)補償期間的測量結(jié)果，計算OFF、FSO、OTC和FSOTC DAC的值。當(dāng)MAX1452和傳感器無法保持同一溫度時，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(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)端傳感器補償?shù)牡诙N方法。

遠(yuǎn)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(jié)果。變送器通過補償來產(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(yīng)該使數(shù)據(jù)點達(dá)到最佳線性擬和，以降低整個工作溫度范圍內(nèi)的誤差。

下面列出了補償過程的主要步驟：

系數(shù)初始化

FSO校準(zhǔn)

FSO和FSOTC補償

OTC補償

OFF補償

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(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0.0364V輸出和4.0V VFSODESIRED的傳感器需要110V/V的信號增益。根據(jù)數(shù)據(jù)資料的PGA表，選擇PGA[3:0] = 0110，它對應(yīng)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(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：對于+30mV失調(diào)的傳感器，選擇IRO[2:0] = 011，符號位 = 0，對應(yīng)于-27mV失調(diào)校準(zhǔn)。

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(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，以防止輸出在補償期間出現(xiàn)飽和。對于失調(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絹碛嬎愠跏糘TC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符號位。

FSO校準(zhǔn)

按照以下步驟確定初始FSO DAC值：

將FSOTC DAC設(shè)置為任意值，例如0。

傳感器加載PMIN。PMIN代表最小壓力。

調(diào)整FSO DAC，直到電橋激勵電壓接近2.5V。

測量電橋激勵電壓(VB)。

調(diào)整OFF DAC，將PGAOUT電壓設(shè)置為0.5V。

測量PGAOUT，VOUT(PMIN)。

傳感器加載PMAX。PMAX代表最大壓力。

測量PGAOUT，VOUT(PMAX)。

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(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。

通過調(diào)整FSO DAC設(shè)置VBIDEAL。

重新調(diào)整OFF DAC，直到PGAOUT達(dá)到0.5V。

FSO和FSOTC補償

可以通過四個步驟來確定FSO和FSOTC系數(shù)。在第一步中，確定在T1產(chǎn)生VBIDEAL的兩對FSO和FSOTC值。在第二步中，確定在T2產(chǎn)生VBIDEAL的兩對FSO和FSOTC值。在第三步，把在T1和T2測得的FSO和FSOTC值代入相應(yīng)的公式中，計算補償FSO和FSOTC，理論上，這些值將產(chǎn)生適用于任意溫度的VBIDEAL。在第四步中，調(diào)整FSO DAC，以微調(diào)滿量程輸出。

T1的理想電橋電壓，VBIDEAL(T1)

T2的理想電橋電壓，VBIDEAL(T2)

計算FSO和FSOTC系數(shù)。

將計算的FSO和FSOTC值裝載到FSO和FSOTC DAC中，如果需要，調(diào)整FSO DAC，直到電橋激勵電壓等于VBIDEAL(T2)。

這就完成了FSO和FSOTC補償。在這一點，變送器的FSO輸出必須等于VFSO

DESIRED

電平。

OTC補償

由于已經(jīng)收集到了計算最終OTC值所需的全部信息，可使用下式計算：

其中：
NewOTC是最終OTC系數(shù)；
CurrentOTC是OTC DAC中的當(dāng)前值；
VOUT(T1)和VB(T1)是T1的最后一次測量值；
VOUT(T2)和VB(T2)是T2吸收后的第一次測量值。

把NewOTC值寫入OTC DAC，并相應(yīng)的在配置寄存器中設(shè)置OTC DAC符號位。

OFF補償

在這一點，傳感器還應(yīng)該保持在溫度T2和壓力PMIN。通過調(diào)整OFF DAC，完成T2或者T1的最終失調(diào)調(diào)整，如果需要，調(diào)整OFF DAC符號位，直到VOUT等于所需要的失調(diào)電壓(在這一例子中是0.5V)。

現(xiàn)在完成了傳感器補償!

驗證傳感器補償

把變送器置于各種溫度和壓力點下，來驗證補償效果，校驗PGAOUT。

實例

下面的數(shù)據(jù)展示了上面詳細(xì)闡述的過程的效果。采用了100KPaG測量傳感器(序列號：NPH-8-100GH)，其輸出補償為PMIN = 0，PMAX = 100KPaG，T1 = -40°C和T2 = +125°C。目標(biāo)輸出電壓為PGAOUT(PMIN) = 0.5V，PGAOUT(PMAX) = 4.5V。在補償過程完成時，補償后的變送器為T = -40°C，0°C，+25°C，+75°C和+125°C。兩點溫度補償完全消除了傳感器誤差的線性部分。補償后變送器的總誤差和未補償傳感器誤差的非線性分量大致相當(dāng)。

表1列出了未補償和補償后變送器的測量輸出和計算誤差。未補償傳感器的誤差有兩種形式：總誤差(TE)和非線性誤差(NE)。TE由TC誤差的線性和非線性組成(以25°C間隔為參考)。NE是總誤差減去所計算誤差的線性分量，誤差是指和通過數(shù)據(jù)兩個端點的直線的偏差(端點直線擬和)。表1中的數(shù)據(jù)在圖1至圖3中以曲線的形式表示。圖1所示是未補償傳感器的總誤差；圖2是未補償傳感器誤差的非線性分量；圖3是變送器補償后的總誤差。數(shù)據(jù)表明兩點補償過程完全消除了傳感器的線性分量，變送器補償后的TE和未補償傳感器的非線性分量大致相當(dāng)。

表1. 未補償傳感器和補償后的變送器數(shù)據(jù)

在這個例子中，對極端溫度點進(jìn)行了補償，對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行了端點直線擬和，以便清楚地演示兩點溫度補償?shù)男ЧO端溫度點并不是傳感器補償最佳點，因為誤差會偏向一側(cè)(理論上，幅度加倍)。在應(yīng)用中，需要憑經(jīng)驗選擇最佳溫度補償點，這樣，變送器誤差均勻分布在0%誤差線附近。一般情況下，滿量程的25%和75% (中點)溫度點將給出最佳誤差分布。如果在這個例子中選擇了最佳補償溫度點，那么，誤差分布大約在表1所示誤差一側(cè)的±? (以0%誤差線為中心)。

圖1. 未補償傳感器總誤差—結(jié)合了一階和二階誤差

圖2. 未補償傳感器的二階誤差，是圖1中數(shù)據(jù)端點直線的偏差。

圖3. 變送器補償后的誤差。這是系數(shù)補償后的總誤差。兩點溫度補償只能糾正誤差的線性部分。

結(jié)論

本應(yīng)用筆記旨在作為一個實例來演示遠(yuǎn)端傳感器補償過程，介紹手動操作實現(xiàn)補償?shù)姆椒?。MAX1452用戶手冊介紹了更適合自動補償?shù)钠渌椒?，該手冊包含在評估板軟件工具中，可以從Maxim網(wǎng)站下載。

為充分發(fā)揮MAX1452的功能，需要進(jìn)行兩次補償。第一次是確定OTC和FSOTC系數(shù)，以有效地校正TC誤差的線性分量，如本文檔所述。第二次是多點溫度補償，以正確的系數(shù)填充OFF和FSO查找表，抵消剩余的非線性TC誤差。MAX1452用戶手冊介紹了多點溫度補償過程。

在生產(chǎn)環(huán)境中，能夠以標(biāo)稱值裝載OTC和FSOTC DAC，只進(jìn)行一次多點溫度補償，以充分利用MAX1452的功能。之所以這樣，是因為類似傳感器的TC特性(例如，靈敏度和失調(diào)等)非常相似。在代表性的樣片上進(jìn)行兩點補償就可以確定標(biāo)稱OTC和FSOTC (以及PGAGAIN和IRO)值。

在本應(yīng)用筆記中，MAX1452可以作為一種產(chǎn)品選擇。但是，該過程也適用于MAX1455，因為這兩種產(chǎn)品只有很小的差別。

審核編輯：郭婷