使用MAX1452進(jìn)行遠(yuǎn)程傳感器補(bǔ)償

MAX1452高性能模擬信號(hào)調(diào)理器可通過片內(nèi)閃存查找表或OTC和FSOTC DAC進(jìn)行線性補(bǔ)償。對于MAX1452和傳感器不能處于同一溫度的應(yīng)用（例如，傳感器遠(yuǎn)離MAX1452），應(yīng)使用OTC和FSOTC DAC來補(bǔ)償傳感器輸出。本應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了執(zhí)行這種遠(yuǎn)程傳感器補(bǔ)償?shù)牟襟E。本文假設(shè)讀者已經(jīng)熟悉MAX1452及其基本工作原理。

介紹

MAX1452為高性能、低成本信號(hào)調(diào)理器，具有片內(nèi)閃存、片內(nèi)溫度傳感器和全模擬信號(hào)路徑。該信號(hào)調(diào)理器已用于各種工業(yè)和汽車傳感器應(yīng)用，包括僅限于執(zhí)行僅兩個(gè)溫度點(diǎn)補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用。這種限制可能是由于成本、制造和/或傳感器和信號(hào)調(diào)理器無法保持在同一溫度。

MAX1452信號(hào)調(diào)理器有兩種補(bǔ)償方式：

第一種方法在兩個(gè)補(bǔ)償溫度點(diǎn)之間執(zhí)行線性外推（FSO 和 OFF DAC 值），并在 OFF 和 FSO 查找表的每個(gè)元件上加載具有唯一溫度系數(shù)，以校正輸入信號(hào)的 TC 誤差。在這種方法中，OTC和FSOTC DAC設(shè)置為固定任意值（補(bǔ)償期間使用的相同值）。工作期間，隨著MAX1452溫度的變化，用相應(yīng)的系數(shù)更新OFF和FSO DAC，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的補(bǔ)償。

第二種方法將 OFF 和 FSO 查找表視為單個(gè) DAC。溫度相關(guān)的電橋激勵(lì)電壓（VB）是OTC和FSOTC DAC的基準(zhǔn)電壓，用作溫度參數(shù)。根據(jù)補(bǔ)償過程中進(jìn)行的測量，計(jì)算 OFF、FSO、OTC 和 FSOTC DAC 的唯一值。當(dāng)MAX1452和傳感器不能處于同一溫度的情況下，必須使用這種方法。它也可用于MAX1452和傳感器處于相同溫度的情況。

這兩種補(bǔ)償方法應(yīng)該產(chǎn)生相似的結(jié)果。如果實(shí)施得當(dāng)，它們將完全消除輸入信號(hào)TC誤差的線性分量，并將輸出誤差降低到僅輸入信號(hào)TC誤差的非線性分量。

第一種方法在MAX1452用戶手冊中有詳細(xì)說明，本應(yīng)用筆記不作介紹。第二種方法，通常稱為遙感器補(bǔ)償，如下所述。

遠(yuǎn)程傳感器補(bǔ)償程序

以下步驟描述如何補(bǔ)償包含MAX1452和100KPaG PRT壓力傳感器的壓力傳感器。補(bǔ)償結(jié)果如表1和圖1-3所示。對傳感器進(jìn)行補(bǔ)償以產(chǎn)生所需的偏移電壓 [V外（P最低0.5V 和所需的 FSO 電壓 [V外（P.MAX） - V外（P最低）] 的 4.0V。因此，滿量程壓力下的輸出電壓[V外（P.MAX）] 應(yīng)為 4.5V。該過程至少需要兩個(gè)壓力點(diǎn)（零和滿量程）和兩個(gè)任意溫度點(diǎn)（T1 和 T2，其中 T2 > T1）。T1和T2的選擇應(yīng)使通過數(shù)據(jù)點(diǎn)的最佳線性擬合在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生最小的誤差。

下面概述了該過程的主要步驟：

系數(shù)初始化

FSO 校準(zhǔn)

FSO 和 FSOTC 補(bǔ)償

場外交易補(bǔ)償

關(guān)補(bǔ)償

系數(shù)初始化

要啟動(dòng)該過程，必須將PGA增益、IRO指數(shù)和DAC設(shè)置為可防止PGA輸出在整個(gè)補(bǔ)償過程中過載的值。這些值取決于傳感器的特性，可以從傳感器的數(shù)據(jù)手冊中獲得。

選擇 PGA 增益設(shè)置

通過除以所需傳感器的滿量程輸出電壓（VFSO）來計(jì)算所需的信號(hào)增益期望） 按測量傳感器的跨度 （VS外） 的典型電橋激勵(lì)電壓 （VB） 為 2.5V。然后，從MAX1452數(shù)據(jù)資料的PGA表中，選擇PGA指數(shù)這給了下一個(gè)更高的PGA獲得.

例如，在 0.0364V 激勵(lì)下具有 2.5V 輸出的傳感器和 VFSO期望4.0V需要110V/V的信號(hào)增益，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊中的PGA表，我們選擇PGA[3：0] = 0110，對應(yīng)于117V/V的增益。

選擇稅務(wù)局指數(shù)

計(jì)算典型電橋激勵(lì)電壓為2.5V的傳感器失調(diào)。然后，從MAX1452數(shù)據(jù)資料的IRO表中，選擇IRO指數(shù)提供最接近的IRO DAC輸出，但傳感器偏移的符號(hào)相反。

示例：對于具有+30mV偏移的傳感器，選擇IRO[2：0] = 011和符號(hào)位= 0，對應(yīng)于-27mV的失調(diào)校正。

選擇初始場外交易DAC值

通常，OTC DAC值最初可以設(shè)置為零，因?yàn)镺TC將在后面的步驟中進(jìn)行補(bǔ)償。但是，具有較大偏移TC誤差的傳感器可能需要初始粗略的OTC調(diào)整，以防止輸出在補(bǔ)償過程中飽和。對于失調(diào)TC誤差大于滿量程輸出10%的傳感器，建議使用初始非零OTC值。初始場外交易值可以使用以下公式計(jì)算：

其中 VB（T1） = 2.5V 和 VS外（T1）， VS外（T2）和VB（T2）可以使用傳感器數(shù)據(jù)手冊中給出的傳感器參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

OTC的值必須寫入OTC DAC，并且必須相應(yīng)地設(shè)置配置寄存器中的OTC符號(hào)位。

FSO 校準(zhǔn)

執(zhí)行以下步驟以確定初始 FSO DAC 值：

將 FSOTC DAC 設(shè)置為任意值，例如 0。

申請P最低到傳感器。P最低表示最小壓力。

調(diào)整FSO DAC，直到電橋激勵(lì)電壓約為2.5V。

測量電橋激勵(lì)電壓 （VB）。

設(shè)置PGA外通過調(diào)節(jié)關(guān)斷DAC將電壓調(diào)整至0.5V。

測量PGA外， V外（P最低).

申請P.MAX到傳感器。P.MAX表示最大壓力。

測量PGA外， V外（P.MAX).

計(jì)算 VB理想通過應(yīng)用以下等式：

如果 VB理想超出允許范圍 [1.5V 至 （VDD- 0.5V）]重新調(diào)整PGA獲得設(shè)置。如果 VB理想太低，降低PGA獲得一步，然后返回到步驟 2。如果 VB理想太高，增加PGA獲得設(shè)置一步，然后返回步驟2。請注意，1.5V < VB < （VDD- 0.5V）范圍限制適用于整個(gè)工作范圍。因此，VB隨溫度的變化必須有足夠的裕量。

設(shè)置 VB理想通過調(diào)整 FSO DAC。

重新調(diào)整關(guān)閉 DAC，直到 PGA外為0.5V。

FSO 和 FSOTC 補(bǔ)償

FSO 和 FSOTC 系數(shù)可以通過四個(gè)步驟確定。在步驟 1 中，兩對 FSO 和 FSOTC 值產(chǎn)生 VB理想在 T1 處確定。在步驟 2 中，兩對 FSO 和 FSOTC 值產(chǎn)生 VB理想在 T2 確定。在步驟 3 中，將在 T1 和 T2 處測量的 FSO 和 FSOTC 值應(yīng)用于適當(dāng)?shù)姆匠?，以?jì)算補(bǔ)償 FSO 和 FSOTC 值，這些值（理論上）將產(chǎn)生 VB理想適用于任何溫度的值。在第4步中，可以調(diào)整FSO DAC以微調(diào)滿量程輸出。

T1、VB 處的理想電橋電壓理想（T1）

A.將溫度設(shè)置為T1，并留出足夠的浸泡時(shí)間，使電橋電壓穩(wěn)定在0.1mV/min以內(nèi)。

B. 應(yīng)用 P最低到傳感器。

C.測量電橋激勵(lì)電壓（VB）。

D. 衡量PGA外， V外（P最低).

E. 應(yīng)用 P.MAX到傳感器。

F. 衡量PGA外， V外（P.MAX).

G. 計(jì)算 VB理想（T1）通過應(yīng)用公式2。

H. 設(shè)置 VB理想通過調(diào)整 FSO DAC。

一、重新計(jì)量五外（P.MAX） 和 V外（P最低） 以驗(yàn)證相應(yīng)的 VFSO期望已經(jīng)達(dá)到水平。如果沒有，請重復(fù)從步驟 B 開始的所有步驟。

J. 將當(dāng)前的FSO和FSOTC值分別記錄為FSO1（T1）和FSOTC1（T1）。

K. 將 FSO DAC 值增加（或減少）5000 個(gè)計(jì)數(shù)。

L. 調(diào)整 FSOTC DAC 值，直到 VB = VB理想（T1）。

M. 將當(dāng)前的 FSO 和 FSOTC 值記錄為 FSO2（T1） 和 FSOTC2（T1）。

N. 應(yīng)用 P最低到傳感器。

O. 讀取并記錄輸出電壓為 V外（T1）。稍后將需要此值用于場外交易補(bǔ)償。

P. 讀取 VB 并將其記錄為 VB（T1）。此值應(yīng)與 VB 相同理想（T1），并將需要場外交易補(bǔ)償。

T2、VB 處的理想電橋電壓理想（T2）

A.將溫度設(shè)置為T2，并留出足夠的浸泡時(shí)間，使電橋電壓穩(wěn)定在0.1mV/min以內(nèi)。

B. 應(yīng)用 P最低到傳感器。

C. 讀取并記錄輸出電壓為 V外（T2）。稍后將需要此值進(jìn)行場外交易補(bǔ)償。

D. 讀取 VB 并將其記錄為 VB（T2）。

E. 確定 VB理想（T2） 值使用與上述相同的步驟。

F.使用與上述相同的步驟確定FSO1（T2）和FSOTC1（T2）值。

G. 使用與上述相同的步驟確定 FSO2（T1） 和 FSOTC2（T2） 值。

H. 應(yīng)用 P最低到傳感器。

計(jì)算 FSO 和 FSOTC 系數(shù)

A. T1處的FSO和FSOTC曲線/功能：

B. T2處的FSO和FSOTC曲線/功能：

C. 最終FSO系數(shù)：

D. 最終 FSOTC 系數(shù)：

在FSO和FSOTC DAC中加載計(jì)算出的FSO和FSOTC值，并在必要時(shí)調(diào)整FSO DAC，直到電橋激勵(lì)電壓等于VB理想（T2）。

這樣就完成了 FSO 和 FSOTC 補(bǔ)償。此時(shí)，傳感器的FSO輸出必須等于VFSO的水平期望.

場外交易補(bǔ)償

已經(jīng)收集了計(jì)算最終場外交易價(jià)值的所有必要信息。使用以下公式：

其中：
新場外交易是最終的場外交易系數(shù);
當(dāng)前場外交易是場外交易DAC中的當(dāng)前值;
VOUT（T1）和VB（T1）是T1時(shí)的最后測量值;
VOUT（T2）和VB（T2）是T2浸泡后的第一次測量。

將新OTC值寫入OTC DAC，并在配置寄存器中相應(yīng)地設(shè)置OTC DAC符號(hào)位。

關(guān)補(bǔ)償

此時(shí)，傳感器仍應(yīng)處于溫度 T2 和壓力 P最低.最終失調(diào)調(diào)整可以在T2或T1處進(jìn)行，方法是調(diào)整OFF DAC，如有必要，還可以調(diào)整OFF DAC符號(hào)位，直到V外等于所需的失調(diào)電壓（本例中為0.5V）。

傳感器補(bǔ)償現(xiàn)已完成！

驗(yàn)證傳感器補(bǔ)償

應(yīng)通過將傳感器置于各種溫度和壓力點(diǎn)并檢查PGA來驗(yàn)證補(bǔ)償外.

例

下面提供的數(shù)據(jù)證明了上述程序的有效性。使用100KPaG儀表傳感器（部件號(hào)：NPH-8-100GH），其輸出補(bǔ)償為P最低= 0， P.MAX= 100KPaG，T1 = -40°C，T2 = +125°C。 目標(biāo)輸出電壓為 PGA外（P最低） = 0.5V 和 PGA外（P.MAX） = 4.5V。補(bǔ)償過程完成后，補(bǔ)償傳感器在T = -40°C、0°C、+25°C、+75°C和+125°C下進(jìn)行表征。 雙溫度補(bǔ)償完全消除了傳感器誤差的線性部分。補(bǔ)償傳感器的總誤差與未補(bǔ)償傳感器誤差的非線性分量相當(dāng)。

表1列出了未補(bǔ)償傳感器和補(bǔ)償傳感器的測量輸出和計(jì)算誤差。未補(bǔ)償傳感器的誤差以兩種格式表示：總誤差（TE）和非線性誤差（NE）。TE是指TC誤差的線性和非線性分量的組合（參考25°C時(shí)的量程）。NE 是總誤差減去誤差的線性分量，計(jì)算為通過數(shù)據(jù)集兩個(gè)端點(diǎn)的直線的偏差（端點(diǎn)直線擬合）。表 1 中的數(shù)據(jù)如圖 1–3 所示。圖1顯示了未補(bǔ)償傳感器的總誤差;圖2顯示了未補(bǔ)償傳感器誤差的非線性分量;圖3顯示了補(bǔ)償傳感器的總誤差。數(shù)據(jù)表明，我們的兩點(diǎn)補(bǔ)償程序完全消除了傳感器的線性分量，補(bǔ)償傳感器的TE與未補(bǔ)償傳感器的非線性分量相當(dāng)。

表 1.未補(bǔ)償傳感器和補(bǔ)償傳感器數(shù)據(jù)

在本例中，使用極端溫度點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，并對測量數(shù)據(jù)應(yīng)用終點(diǎn)直線擬合，以更清楚地證明雙溫度點(diǎn)補(bǔ)償?shù)挠行?。極端溫度點(diǎn)不是傳感器補(bǔ)償?shù)淖罴腰c(diǎn)，因?yàn)檎`差將是單側(cè)的（數(shù)學(xué)上是兩倍的幅度）。在應(yīng)用中，必須根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇最佳補(bǔ)償溫度點(diǎn)，以使傳感器的誤差均勻分布在0%誤差線周圍。通常，全量程的25%和75%（中點(diǎn)）的溫度點(diǎn)將提供最佳誤差分布。如果我們?yōu)楸揪毩?xí)選擇了最佳補(bǔ)償溫度點(diǎn)，那么誤差分布約為表1中給出的單側(cè)誤差的±0/<>（以<>%誤差線為中心）。

圖1.未補(bǔ)償傳感器的總誤差 - 一階和二階誤差的組合。

圖2.未補(bǔ)償傳感器的二階誤差。這是通過圖2中的數(shù)據(jù)從終點(diǎn)直線的偏差。

圖3.補(bǔ)償傳感器的誤差。這是應(yīng)用補(bǔ)償系數(shù)后的總誤差。兩點(diǎn)溫度補(bǔ)償只能校正誤差的線性部分。

結(jié)論性意見

本應(yīng)用筆記旨在以演示遠(yuǎn)程傳感器補(bǔ)償程序?yàn)槔⒚枋鰧?shí)現(xiàn)該補(bǔ)償?shù)氖謩?dòng)方法。

為了充分利用MAX1452的功能，需要執(zhí)行兩次補(bǔ)償。第一次運(yùn)行是確定OTC和FSOTC系數(shù)，以有效校正TC誤差的線性分量，如本文檔所述。第二次運(yùn)行是多溫度點(diǎn)補(bǔ)償，以用校正系數(shù)填充OFF和FSO查找表，以抵消剩余的非線性TC誤差。多溫度補(bǔ)償程序在MAX1452用戶手冊中有說明。

在制造環(huán)境中，可以加載OTC和FSOTC DAC的標(biāo)稱值，只執(zhí)行一個(gè)多溫度補(bǔ)償，以充分利用MAX1452的功能。這是可能的，因?yàn)轭愃苽鞲衅鞯腡C特性（如靈敏度，偏移等）非常相似。名義場外交易和FSOTC（以及PGA獲得和 IRO）值可以通過對代表性樣品執(zhí)行兩點(diǎn)補(bǔ)償來確定。

在本應(yīng)用筆記中，MAX1452是首選產(chǎn)品。但是，該程序同樣適用于MAX1455，因?yàn)檫@兩種產(chǎn)品之間只有很小的差異。

審核編輯：郭婷