利用MAX1452实现远端传感器补偿

摘要：MAX1452高性能模拟信号调理器通过片内闪存查找表或者OTC和FSOTC DAC实现线性补偿。对于MAX1452温度和传感器温度不同的应用(例如，传感器位于距离MAX1452较远的位置)，应采用OTC和FSOTC DAC来补偿传感器输出。本应用笔记详细介绍实现这类远端传感器补偿的过程。在本文中，假设读者熟悉MAX1452及其基本操作。

引言

MAX1452是高性能、低成本信号调理器，它具有片内闪存、片内温度传感器和全模拟信号通路。各种工业和汽车传感器领域都采用了信号调理器，包括只限于对两个温度点进行补偿的应用。这种限制是出于成本、生产的考虑，并且无法将传感器和信号调理器保持在同一温度下。

MAX1452信号调理器支持两种补偿方法：

1. 第一种方法在两个温度点之间进行线性外推处理(针对FSO和OFF DAC值)，以相应的温度系数装入OFF和FSO查找表的每一单元，以纠正输入信号的TC偏差。在这种方法中，OTC和FSOTC DAC被设置为任一固定值(和补偿过程使用的数值一样)。在工作期间，随MAX1452温度的变化，以相应的系数来更新OFF和FSO DAC，从而补偿输入信号。
   
   
2. 在第二种方法中，把OFF和FSO查找表当做一个DAC。利用随温度变化的电桥激励电压(VB)作为温度参数，该电压是OTC和FSOTC DAC的基准电压。根据补偿期间的测量结果，计算OFF、FSO、OTC和FSOTC DAC的值。当MAX1452和传感器无法保持同一温度时，必须采用这一方法。它也可以用于MAX1452和传感器温度相同的情况。

这两种方法应该产生相似的结果。如果正确实施，这些方法能够完全消除输入信号TC误差的线性分量，降低输出误差，只剩下输入信号TC误差的非线性分量。

MAX1452用户手册详细介绍了第一种方法，本应用笔记不再介绍。下面介绍通常被称为远端传感器补偿的第二种方法。

远端传感器补偿过程

下面介绍怎样补偿压力变送器，它采用了MAX1452和100KPaG PRT压力传感器。表1和图1至图3列出了补偿结果。变送器通过补偿来产生所需的0.5V失调电压[VOUT(PMIN)]和4.0V FSO电压[VOUT (PMAX) - VOUT (PMIN)]。因此，满量程压力检测输出电压[VOUT(PMAX)]应该是4.5V。补偿过程至少需要两个压力点(零和满量程)以及两个任意温度点(T1和T2，其中T2 > T1)。选择的T1和T2应该使数据点达到最佳线性拟和，以降低整个工作温度范围内的误差。

下面列出了补偿过程的主要步骤：

1. 系数初始化
2. FSO校准
3. FSO和FSOTC补偿
4. OTC补偿
5. OFF补偿

系数初始化

在开始之前，必须设置PGA增益、IRO索引和DAC，以防止PGA输出在补偿过程中过载。这些数值取决于传感器特性，可以参考传感器数据资料，获得传感器特性。

选择PGA增益设置

对于典型的2.5V电桥激励电压(VB)，以测得的传感器步长(VSOUT)来划分变送器的满量程输出电压(VFSODESIRED)，计算所需的信号增益。然后，从MAX1452数据资料的PGA表中选择给出更大的PGAGAIN的PGAINDEX。

例如，2.5V激励0.0364V输出和4.0V VFSODESIRED的传感器需要110V/V的信号增益。根据数据资料的PGA表，选择PGA[3:0] = 0110，它对应于117V/V增益。

选择IRO索引

计算典型2.5V电桥激励电压时的传感器失调。然后，从MAX1452数据资料IRO表中，选择最接近IRO DAC输出的IROINDEX，但是它应该和传感器的失调反向。

例子：对于+30mV失调的传感器，选择IRO[2:0] = 011，符号位 = 0，对应于-27mV失调校准。

选择初始OTC DAC值

通常情况下，因为在以后补偿OTC，因此一开始可以把OTC DAC值设置为零。但是，具有较大失调TC误差的传感器可能需要先进行粗略的OTC调整，以防止输出在补偿期间出现饱和。对于失调TC误差大于满量程输出10%的传感器，建议采用不为零的OTC初始值。可以按下面的公式来计算初始OTC值：



其中，VB(T1) = 2.5V，利用传感器数据资料提供的传感器参数计算VSOUT(T1)、VSOUT(T2)和VB(T2)。

必须将OTC值写入到OTC DAC中，并相应地设置配置寄存器的OTC符号位。

FSO校准

按照以下步骤确定初始FSO DAC值：

1. 将FSOTC DAC设置为任意值，例如0。
   
   
2. 传感器加载PMIN。PMIN代表最小压力。
   
   
3. 调整FSO DAC，直到电桥激励电压接近2.5V。
   
   
4. 测量电桥激励电压(VB)。
   
   
5. 调整OFF DAC，将PGAOUT电压设置为0.5V。
   
   
6. 测量PGAOUT，VOUT(PMIN)。
   
   
7. 传感器加载PMAX。PMAX代表最大压力。
   
   
8. 测量PGAOUT，VOUT(PMAX)。
   
   
9. 按照下面的公式计算VBIDEAL：
   
   
   
   如果VBIDEAL超出允许范围[1.5V至(VDD - 0.5V)]，重新调整PGAGAIN设置。如果VBIDEAL过低，在第一步中减小PGAGAIN，然后返回第二步。如果VBIDEAL过高，在第一步中增大PGAGAIN，然后返回第二步。注意，在整个操作范围内，须满足1.5V VB (VDD - 0.5V)的范围限制。因此，必须为VB随温度变化留有足够的裕量。
   
   
10. 通过调整FSO DAC设置VBIDEAL。
    
    
11. 重新调整OFF DAC，直到PGAOUT达到0.5V。
    
    
    
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