使用MAX1452进行远程传感器补偿

MAX1452高性能模拟信号调理器可通过片内闪存查找表或OTC和FSOTC DAC进行线性补偿。对于MAX1452和传感器不能处于同一温度的应用（例如，传感器远离MAX1452），应使用OTC和FSOTC DAC来补偿传感器输出。本应用笔记详细介绍了执行这种远程传感器补偿的步骤。本文假设读者已经熟悉MAX1452及其基本工作原理。

介绍

MAX1452为高性能、低成本信号调理器，具有片内闪存、片内温度传感器和全模拟信号路径。该信号调理器已用于各种工业和汽车传感器应用，包括仅限于执行仅两个温度点补偿的应用。这种限制可能是由于成本、制造和/或传感器和信号调理器无法保持在同一温度。

MAX1452信号调理器有两种补偿方式：

第一种方法在两个补偿温度点之间执行线性外推（FSO 和 OFF DAC 值），并在 OFF 和 FSO 查找表的每个元件上加载具有唯一温度系数，以校正输入信号的 TC 误差。在这种方法中，OTC和FSOTC DAC设置为固定任意值（补偿期间使用的相同值）。工作期间，随着MAX1452温度的变化，用相应的系数更新OFF和FSO DAC，实现输入信号的补偿。

第二种方法将 OFF 和 FSO 查找表视为单个 DAC。温度相关的电桥激励电压（VB）是OTC和FSOTC DAC的基准电压，用作温度参数。根据补偿过程中进行的测量，计算 OFF、FSO、OTC 和 FSOTC DAC 的唯一值。当MAX1452和传感器不能处于同一温度的情况下，必须使用这种方法。它也可用于MAX1452和传感器处于相同温度的情况。

这两种补偿方法应该产生相似的结果。如果实施得当，它们将完全消除输入信号TC误差的线性分量，并将输出误差降低到仅输入信号TC误差的非线性分量。

第一种方法在MAX1452用户手册中有详细说明，本应用笔记不作介绍。第二种方法，通常称为遥感器补偿，如下所述。

远程传感器补偿程序

以下步骤描述如何补偿包含MAX1452和100KPaG PRT压力传感器的压力传感器。补偿结果如表1和图1-3所示。对传感器进行补偿以产生所需的偏移电压 [V外（P最低0.5V 和所需的 FSO 电压 [V外（P.MAX） - V外（P最低）] 的 4.0V。因此，满量程压力下的输出电压[V外（P.MAX）] 应为 4.5V。该过程至少需要两个压力点（零和满量程）和两个任意温度点（T1 和 T2，其中 T2 > T1）。T1和T2的选择应使通过数据点的最佳线性拟合在整个工作温度范围内产生最小的误差。

下面概述了该过程的主要步骤：

系数初始化

FSO 校准

FSO 和 FSOTC 补偿

场外交易补偿

关补偿

系数初始化

要启动该过程，必须将PGA增益、IRO指数和DAC设置为可防止PGA输出在整个补偿过程中过载的值。这些值取决于传感器的特性，可以从传感器的数据手册中获得。

选择 PGA 增益设置

通过除以所需传感器的满量程输出电压（VFSO）来计算所需的信号增益期望） 按测量传感器的跨度 （VS外） 的典型电桥激励电压 （VB） 为 2.5V。然后，从MAX1452数据资料的PGA表中，选择PGA指数这给了下一个更高的PGA获得.

例如，在 0.0364V 激励下具有 2.5V 输出的传感器和 VFSO期望4.0V需要110V/V的信号增益，根据数据手册中的PGA表，我们选择PGA[3：0] = 0110，对应于117V/V的增益。

选择税务局指数

计算典型电桥激励电压为2.5V的传感器失调。然后，从MAX1452数据资料的IRO表中，选择IRO指数提供最接近的IRO DAC输出，但传感器偏移的符号相反。

示例：对于具有+30mV偏移的传感器，选择IRO[2：0] = 011和符号位= 0，对应于-27mV的失调校正。

选择初始场外交易DAC值

通常，OTC DAC值最初可以设置为零，因为OTC将在后面的步骤中进行补偿。但是，具有较大偏移TC误差的传感器可能需要初始粗略的OTC调整，以防止输出在补偿过程中饱和。对于失调TC误差大于满量程输出10%的传感器，建议使用初始非零OTC值。初始场外交易值可以使用以下公式计算：

其中 VB（T1） = 2.5V 和 VS外（T1）， VS外（T2）和VB（T2）可以使用传感器数据手册中给出的传感器参数进行计算。

OTC的值必须写入OTC DAC，并且必须相应地设置配置寄存器中的OTC符号位。

FSO 校准

执行以下步骤以确定初始 FSO DAC 值：

将 FSOTC DAC 设置为任意值，例如 0。

申请P最低到传感器。P最低表示最小压力。

调整FSO DAC，直到电桥激励电压约为2.5V。

测量电桥激励电压 （VB）。

设置PGA外通过调节关断DAC将电压调整至0.5V。

测量PGA外， V外（P最低).

申请P.MAX到传感器。P.MAX表示最大压力。

测量PGA外， V外（P.MAX).

计算 VB理想通过应用以下等式：

如果 VB理想超出允许范围 [1.5V 至 （VDD- 0.5V）]重新调整PGA获得设置。如果 VB理想太低，降低PGA获得一步，然后返回到步骤 2。如果 VB理想太高，增加PGA获得设置一步，然后返回步骤2。请注意，1.5V < VB < （VDD- 0.5V）范围限制适用于整个工作范围。因此，VB随温度的变化必须有足够的裕量。

设置 VB理想通过调整 FSO DAC。

重新调整关闭 DAC，直到 PGA外为0.5V。

FSO 和 FSOTC 补偿

FSO 和 FSOTC 系数可以通过四个步骤确定。在步骤 1 中，两对 FSO 和 FSOTC 值产生 VB理想在 T1 处确定。在步骤 2 中，两对 FSO 和 FSOTC 值产生 VB理想在 T2 确定。在步骤 3 中，将在 T1 和 T2 处测量的 FSO 和 FSOTC 值应用于适当的方程，以计算补偿 FSO 和 FSOTC 值，这些值（理论上）将产生 VB理想适用于任何温度的值。在第4步中，可以调整FSO DAC以微调满量程输出。

T1、VB 处的理想电桥电压理想（T1）

A.将温度设置为T1，并留出足够的浸泡时间，使电桥电压稳定在0.1mV/min以内。

B. 应用 P最低到传感器。

C.测量电桥激励电压（VB）。

D. 衡量PGA外， V外（P最低).

E. 应用 P.MAX到传感器。

F. 衡量PGA外， V外（P.MAX).

G. 计算 VB理想（T1）通过应用公式2。

H. 设置 VB理想通过调整 FSO DAC。

一、重新计量五外（P.MAX） 和 V外（P最低） 以验证相应的 VFSO期望已经达到水平。如果没有，请重复从步骤 B 开始的所有步骤。

J. 将当前的FSO和FSOTC值分别记录为FSO1（T1）和FSOTC1（T1）。

K. 将 FSO DAC 值增加（或减少）5000 个计数。

L. 调整 FSOTC DAC 值，直到 VB = VB理想（T1）。

M. 将当前的 FSO 和 FSOTC 值记录为 FSO2（T1） 和 FSOTC2（T1）。

N. 应用 P最低到传感器。

O. 读取并记录输出电压为 V外（T1）。稍后将需要此值用于场外交易补偿。

P. 读取 VB 并将其记录为 VB（T1）。此值应与 VB 相同理想（T1），并将需要场外交易补偿。

T2、VB 处的理想电桥电压理想（T2）

A.将温度设置为T2，并留出足够的浸泡时间，使电桥电压稳定在0.1mV/min以内。

B. 应用 P最低到传感器。

C. 读取并记录输出电压为 V外（T2）。稍后将需要此值进行场外交易补偿。

D. 读取 VB 并将其记录为 VB（T2）。

E. 确定 VB理想（T2） 值使用与上述相同的步骤。

F.使用与上述相同的步骤确定FSO1（T2）和FSOTC1（T2）值。

G. 使用与上述相同的步骤确定 FSO2（T1） 和 FSOTC2（T2） 值。

H. 应用 P最低到传感器。

计算 FSO 和 FSOTC 系数

A. T1处的FSO和FSOTC曲线/功能：

B. T2处的FSO和FSOTC曲线/功能：

C. 最终FSO系数：

D. 最终 FSOTC 系数：

在FSO和FSOTC DAC中加载计算出的FSO和FSOTC值，并在必要时调整FSO DAC，直到电桥激励电压等于VB理想（T2）。

这样就完成了 FSO 和 FSOTC 补偿。此时，传感器的FSO输出必须等于VFSO的水平期望.

场外交易补偿

已经收集了计算最终场外交易价值的所有必要信息。使用以下公式：

其中：
新场外交易是最终的场外交易系数;
当前场外交易是场外交易DAC中的当前值;
VOUT（T1）和VB（T1）是T1时的最后测量值;
VOUT（T2）和VB（T2）是T2浸泡后的第一次测量。

将新OTC值写入OTC DAC，并在配置寄存器中相应地设置OTC DAC符号位。

关补偿

此时，传感器仍应处于温度 T2 和压力 P最低.最终失调调整可以在T2或T1处进行，方法是调整OFF DAC，如有必要，还可以调整OFF DAC符号位，直到V外等于所需的失调电压（本例中为0.5V）。

传感器补偿现已完成！

验证传感器补偿

应通过将传感器置于各种温度和压力点并检查PGA来验证补偿外.

例

下面提供的数据证明了上述程序的有效性。使用100KPaG仪表传感器（部件号：NPH-8-100GH），其输出补偿为P最低= 0， P.MAX= 100KPaG，T1 = -40°C，T2 = +125°C。 目标输出电压为 PGA外（P最低） = 0.5V 和 PGA外（P.MAX） = 4.5V。补偿过程完成后，补偿传感器在T = -40°C、0°C、+25°C、+75°C和+125°C下进行表征。 双温度补偿完全消除了传感器误差的线性部分。补偿传感器的总误差与未补偿传感器误差的非线性分量相当。

表1列出了未补偿传感器和补偿传感器的测量输出和计算误差。未补偿传感器的误差以两种格式表示：总误差（TE）和非线性误差（NE）。TE是指TC误差的线性和非线性分量的组合（参考25°C时的量程）。NE 是总误差减去误差的线性分量，计算为通过数据集两个端点的直线的偏差（端点直线拟合）。表 1 中的数据如图 1–3 所示。图1显示了未补偿传感器的总误差;图2显示了未补偿传感器误差的非线性分量;图3显示了补偿传感器的总误差。数据表明，我们的两点补偿程序完全消除了传感器的线性分量，补偿传感器的TE与未补偿传感器的非线性分量相当。

表 1.未补偿传感器和补偿传感器数据

 

温度 （°C）	无补偿传感器 （PMIN= 0;P.MAX= 100KPaG;VB = 5V）						补偿传感器 （PMIN= 0;P.MAX= 100KPaG;VDD= 5V）
	失调（毫伏）	FSO （毫伏）	总误差 （% FSO，参考温度为+25°C）		非线性误差 （% FSO，端点拟合）		偏移 （V）	FSO （V）	总误差 （% FSO，端点拟合）
			抵消	FSO	抵消	FSO			抵消	FSO
-40	-4.2	97.7	-5.3	9.9	0.0	0.0	0.496	4.006	-0.1	0.2
0	-1.0	89.3	-1.5	3.8	1.5	-1.8	0.553	3.933	1.3	-1.7
+25	0.3	84.8	0.0	0.0	1.6	-2.0	0.565	3.930	1.6	-1.8
+75	2.5	76.6	2.6	-7.1	1.3	-1.5	0.552	3.957	1.3	-1.1
+125	3.8	69.2	4.1	-14.3	0.0	0.0	0.500	4.001	0.0	0.0

 

在本例中，使用极端温度点进行补偿，并对测量数据应用终点直线拟合，以更清楚地证明双温度点补偿的有效性。极端温度点不是传感器补偿的最佳点，因为误差将是单侧的（数学上是两倍的幅度）。在应用中，必须根据经验选择最佳补偿温度点，以使传感器的误差均匀分布在0%误差线周围。通常，全量程的25%和75%（中点）的温度点将提供最佳误差分布。如果我们为本练习选择了最佳补偿温度点，那么误差分布约为表1中给出的单侧误差的±0/<>（以<>%误差线为中心）。

图1.未补偿传感器的总误差 - 一阶和二阶误差的组合。

图2.未补偿传感器的二阶误差。这是通过图2中的数据从终点直线的偏差。

图3.补偿传感器的误差。这是应用补偿系数后的总误差。两点温度补偿只能校正误差的线性部分。

结论性意见

本应用笔记旨在以演示远程传感器补偿程序为例，并描述实现该补偿的手动方法。

为了充分利用MAX1452的功能，需要执行两次补偿。第一次运行是确定OTC和FSOTC系数，以有效校正TC误差的线性分量，如本文档所述。第二次运行是多温度点补偿，以用校正系数填充OFF和FSO查找表，以抵消剩余的非线性TC误差。多温度补偿程序在MAX1452用户手册中有说明。

在制造环境中，可以加载OTC和FSOTC DAC的标称值，只执行一个多温度补偿，以充分利用MAX1452的功能。这是可能的，因为类似传感器的TC特性（如灵敏度，偏移等）非常相似。名义场外交易和FSOTC（以及PGA获得和 IRO）值可以通过对代表性样品执行两点补偿来确定。

在本应用笔记中，MAX1452是首选产品。但是，该程序同样适用于MAX1455，因为这两种产品之间只有很小的差异。

审核编辑：郭婷