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电工技术基础 如何利用MAX1452实现远端传感器补偿？
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。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：
(l)第一种方法是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查找表当作一个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lOOKPaG PRT压力传感器。表4-36和图4-222～图4-224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.OVFSO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（Tl和T2，其中T2>T1）。选择的Tl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。
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.OV VFSODESIRED的传感器需要I10VN的信号增益。根据数据资料的PGA表，选择PGA[3:0]_0110，它对应于117VN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IR0[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，所以一开始可以把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TCa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(TI)=2.5V，利用传感器数据资料提供的传感器参数计算VSOUT(Tl)、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：
(l)将FSOTC DAC设置为任意值，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PGAour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:
(10)如果VBIDEAL超出允许范[i.sv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。
(11)通过调整FSO DAC设置VBIDEAL。
(12)重新调整OFF DAC，直到PGAOUT达到0.5V。
FSO和FSOTC补、偿
可以通过四个步骤来确定FSO和FSOTC系数。第一步，确定在T1产生VBIDEAL的两对FSO和FSOTC值。第二步，确定在T2产生VBIDEAL的两对FSO和FSOTC值。第三步，把在T1和T2测得的FSO和FSOTC值代入相应的公式中，计算补偿FSO和FSOTC。理论上，这些值将产生适用于任意温度的VBIDEAL。第四步，调整FSO DAC，以微调满量程输出。
(1) Tl的理想电桥电压，VBIDEAL(T1)。
A.把温度设置为T1，使电桥电压有足够的吸收时间，稳定在O.lmvmin以内。
B．传感器加载PMIN。
C．测量电桥激励电压(VB)。
D.测量PGAOUT. VOUT(PMIN)。
E．传感器加载PMAX。
F．测量PGAOUT. VOUT(PMAX)。
G.利用公式(2)计算VBIDEAL(TI)。
H.通过调整FSO DAC设置VBIDEAL。
I．重新测量VOUT(PMAX)和VOUT(PMIN)，验证已经达到了合适的VFSODESIRED电平。如果没有，从B开始，重新进行所有步骤。
J．把当前的FSO和FSOTC值分别记为FS01(T1)和FSOTCI(TI)。
K. FSO DAC数值增加（或减小）5000个计数值。
L．调整FSOTC DAC值，直到VB= VBIDEAL(TI)。
M.把当前的FSO和FSOTC值分别记为FS02(Tl)和FSOTC2(T1)。
N.传感器加载PMrN。
O.读取输出电压，并记录为VOUT(T1)。后面的OTC补偿将用到该数值。
P．读取VB，并记录为VB(T1)。该数值应该和VBIDEAL(TI)相同，后面的OTC补偿需要。
(2) T2的理想电桥电压，VBIDEAL(T2)。
A.把温度设置为T2，使电桥电压有足够的吸收时间，稳定在0.ImV/min以内。
B．传感器加载PMIN。
C，读取输出电压，并记录为VOUT(T2)。后面的OTC补偿将用到该数值。
D.读取VB，并记录为VB(T2)。
E．通过和上面相同的步骤确定VBIDEAL(T2)值。
F．通过和上面相同的步骤确定FS01(T2)和FSOTCI(T2)值。
G.通过和上面相同的步骤确定FS02(TI)和FSOTC2(T2)值。
H.传感器加载PMIN。
(3)计算FSO和FSOTC系数。
A. T1处的FSO和FSOTC曲线／函数：
B. T2处的FSO和FSOTC曲线／函数：
C．最终的FSO系数：
D.最终的FSOTC系数：
(4)将计算的FSO和FSOTC值装载到FSO和FSOTC DAC中，如果需要，调整FSO DAC，直到电桥激励电压等于VBIDEAL(T2)。
这就完成了FSO和FSOTC补偿。在这一点，变送器的FSO输出必须等于VFSODESIRED电平。
OTC补偿
由于已经收集到了计算最终OTC值所需的全部信息，可使用下式计算：
式中 NewOTC是最终OTC系数；
CurrentOTC是OTC DAC中的当前值；
Vour(T1)和VB(T1)是Tl的最后一次测量值；
VOUT(T2)和VB(T2)是T2吸收后的第一次测量值。
把NewOTC值写入OTC DAC，并相应地在配置寄存器中设置OTC DAC符号位。
OFF补偿
在这一点，传感器还应该保持在温度T2和压力PMIN。通过调整OFF DAC，完成T2或者T1的最终失调调整，如果需要，调整OFF DAC符号位，直到VOUT等于所需要的失调电压（在这一例子中是0.5V）。
现在完成了传感器补偿！
验证传感器补偿
把变送器置于各种温度和压力点下，来验证补偿效果，校验PGAOUT。
实例
下面的数据展示了上面详细阐述的过程的效果。采用了lOOkPaG测量传感器（序列号：NPH-8-IOOGH），其输出补偿为PMIN=0，PMAX=lOOkPaG，T1=-40℃和T2= +125 0C。目标输出电压为PGAOUT(PMIN)= 0.5V，PGAOUT(PMAX)= 4.5V。在补偿过程完成时，补偿后的变送器为T= -40℃，0℃，+25c，+75℃和+125℃。两点温度补偿完全消除了传感器误差的线性部分。补偿后变送器的总误差和未补偿传感器误差的非线性分量大致相当。
表4-36列出了未补偿和补偿后变送器的测量输出和计算误差。未补偿传感器的误差有两种形式：总误差(TE)和非线性误差(NE)。TE由TC误差的线性和非线性组成（以25℃间隔为参考）。NE是总误差减去所计算误差的线性分量，误差是指和通过数据两个端点的直线的偏差（端点直线拟和）。表4-36中的数据在图4-222—图4-224中以曲线的形式表示。图4-222所示是未补偿传感器的总误差；图4-223是未补偿传感器误差的非线性分量；图4-224是变送器补偿后的总误差。数据表明两点补偿过程完全消除了传感器的线性分量，变送器补偿后的TE和未补偿传感器的非线性分量大致相当。
在这个例子中，对极端温度点进行了补偿，对测量的数据进行了端点直线拟和，以便清楚地演示点温度补偿的效果。极端温度点并不是传感器补偿最佳点，因为误差会偏向一侧（理论上，幅度加倍）。应用中需要凭经验选择最佳温度补偿点，这样变送器误差会均匀分布在0%误差线附近。一般情
下，满量程的25%和75%（中点）温度点将给出最佳误差分布。如果在这个例子中选择了最佳补偿温度点，那么误差分布大约在表4-36所示误差一侧的土1/2（以0%误差线为中心）。
小结
(1)本问答以一个实例演示了远端传感器补偿过程，介绍了手动操作实现补偿的方法。MAX1452用户手册介绍了更适合自动补偿的其他方法，该手册包含在评估板软件工具中，可以从Maxim网站下载。
(2)为充分发挥MAX1452的功能，需要进行两次补偿。第一次是确定OTC和FSOTC系数，以有效地校正TC误差的线性分量，如本问答所述。第二次是多点温度补偿，以正确的系数填充OFF和FSO查找表，抵消剩余的非线性TC误差。MAX1452用户手册介绍了多点温度补偿过程。
(3)在生产环境中，能够以标称值装载OTC和FSOTC DAC，只进行一次多点温度补偿，以充分利用MAX1452的功能。之所以这样，是因为类似传感器的TC特性（如灵敏度和失调等）非常相似。在代表性的样片上进行两点补偿就可以确定标称OTC和FSOTC（以及PGAGAIN和IRO）值。
(4)在本问答中，MAX1452可以作为一种产品选择。但是，该过程也适用于MAX1455，因为这两种产品只有很小的差别。
上一篇：如何解决MAX1452/MAX1455信号调理器的电源容限问题？
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