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" title="輸入信號">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" title="輸出電壓">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。可以按下面的" title="面的">面的公式來計算初始OTC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" title="加載">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。 ?
?
FSO和FSOTC補償?
?
????
??? 可以通過四個步驟來確定FSO和FSOTC系數。在第一步中，確定在T1產生VBIDEAL的兩對FSO和FSOTC值。在第二步中，確定在T2產生VBIDEAL的兩對FSO和FSOTC值。在第三步，把在T1和T2測得的FSO和FSOTC值代入相應的公式中，計算補償FSO和FSOTC，理論上，這些值將產生適用于任意溫度的VBIDEAL。在第四步中，調整FSO DAC，以微調滿量程輸出。??
?
??? 1.T1的理想電橋電壓，VBIDEAL(T1)?
?
??? A. 把溫度設置為T1，使電橋電壓有足夠的吸收時間，穩定在0.1mV/min以內。?
??? B. 傳感器加載PMIN。?
??? C. 測量電橋激勵電壓(VB)。?
??? D. 測量PGAOUT，VOUT(PMIN)。?
??? E. 傳感器加載PMAX。?
??? F. 測量PGAOUT，VOUT(PMAX)。?
??? G. 利用公式2計算VBIDEAL(T1)。?
??? H. 通過調整FSO DAC設置VBIDEAL。?
??? I. 重新測量VOUT(PMAX)和VOUT(PMIN)，驗證已經達到了合適的VFSODESIRED電平。如果沒有，從B開始，重新進行所有步驟。?
??? J. 把當前的FSO和FSOTC值分別記為FSO1(T1)和FSOTC1(T1)。?
??? K. FSO DAC數值增加(或減小) 5000個計數值。?
??? L. 調整FSOTC DAC值，直到VB = VBIDEAL(T1)。?
??? M. 把當前的FSO和FSOTC值分別記為FSO2(T1)和FSOTC2(T1)。?
??? N. 傳感器加載PMIN。?
??? O. 讀取輸出電壓，并記錄為VOUT(T1)。后面的OTC補償將用到該數值。?
??? P. 讀取VB，并記錄為VB(T1)。該數值應該和VBIDEAL(T1)相同，后面的OTC補償需要。?
??? 2.T2的理想電橋電壓，VBIDEAL(T2) ?
??? A. 把溫度設置為T2，使電橋電壓有足夠的吸收時間，穩定在0.1mV/min以內。?
??? B. 傳感器加載PMIN。?
??? C. 讀取輸出電壓，并記錄為VOUT(T2)。后面的OTC補償將用到該數值。?
??? D. 讀取VB，并記錄為VB(T2)。?
??? E. 通過和上面相同的步驟確定VBIDEAL(T2)值。?
??? F. 通過和上面相同的步驟確定FSO1(T2)和FSOTC1(T2)值。?
??? G. 通過和上面相同的步驟確定FSO2(T1)和FSOTC2(T2)值。?
??? H. 傳感器加載PMIN。?
?
??? 3.計算FSO和FSOTC系數。 ?
??? A. T1處的FSO和FSOTC曲線/函數：?
??? B. T2處的FSO和FSOTC曲線/函數：?
??? C. 最終的FSO系數：?
??? D. 最終的FSOTC系數：?
?
??? 4.將計算的FSO和FSOTC值裝載到FSO和FSOTC DAC中，如果需要，調整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VFSODESIRED電平。?
?
OTC補償?
?
??? 由于已經收集到了計算最終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；?
??? CurrentOTC是OTC DAC中的當前值；?
??? 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，并相應的在配置寄存器中設置OTC DAC符號位。?
?
OFF補償
?
??? 在這一點，傳感器還應該保持在溫度T2和壓力PMIN。通過調整OFF DAC，完成T2或者T1的最終失調調整，如果需要，調整OFF DAC符號位，直到VOUT等于所需要的失調電壓(在這一例子中是0.5V)。
??? 現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?
?
????下面的數據展示了上面詳細闡述的過程的效果。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" title="溫度補償">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。?
??? 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，誤差是指和通過數據兩個端點的直線的偏差(端點直線擬和)。表1中的數據在圖1-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。數據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。?
表1. 未補償傳感器和補償后的變送器數據 ?
??? 在這個例子中，對極端溫度點進行了補償，對測量的數據進行了端點直線擬和，以便清楚地演示兩點溫度補償的效果。極端溫度點并不是傳感器補償最佳點，因為誤差會偏向一側(理論上，幅度加倍)。在應用中，需要憑經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所示誤差一側的±? (以0%誤差線為中心)。?
圖1. 未補償傳感器總誤差–結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中數據端點直線的偏差
?
圖3. 變送器補償后的誤差。這是系數補償后的總誤差。兩點溫度補償只能糾正誤差的線性部分
?
結論?
?
??? 1.本應用筆記旨在作為一個實例來演示遠端傳感器補償過程，介紹手動操作實現補償的方法。MAX1452用戶手冊介紹了更適合自動補償的其他方法，該手冊包含在評估板軟件工具中，可以從Maxim網站下載。?
??? 2.為充分發揮MAX1452的功能，需要進行兩次補償。第一次是確定OTC和FSOTC系數，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。?
??? 3.在生產環境中，能夠以標稱值裝載OTC和FSOTC DAC，只進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，靈敏度和失調等)非常相似。在代表性的樣片上進行兩點補償就可以確定標稱OTC和FSOTC (以及PGAGAIN和IRO)值。?
??? 4.在本應用筆記中，MAX1452可以作為一種產品選擇。但是，該過程也適用于 MAX1455，因為這兩種產品只有很小的差別。?
?