多路复用器校准简化了系统校准

IC开关和多路复用器正在激增，这要归功于在降低电源电压、集成故障保护输入、箝位输出电压和降低开关电阻方面近乎持续的进步。这些进步中的最新进展是包含精密电阻，允许在精密数据采集系统中对增益和失调进行两点校准。

这些新型器件称为校准多路复用器（cal-muxes），以低压、8通道CMOS多路复用器（MAX4539）为例。它具有内部精密电阻分压器，可从外部基准或自身的电源电压产生精确的电压比。MAX4539无需外部电阻串、多路复用器和逻辑门，为校准和监测A/D转换器提供了准确便捷的方法。

MAX4539采用2.7V至12V单电源或2.7V至±6V±双电源供电。开关导通电阻测量值为 100Ω，匹配最大值在 6Ω 以内。它们可处理轨到轨模拟信号，在工业温度范围内仅具有 0.1nA 的漏电流。封装选项包括一个 20 引脚 SO、一个 20 引脚 DIP 和小型 20 引脚 SSOP。

内部电阻器通过多功能数字接口访问和配置，该接口包括 3 位地址、使能输入、校准输入和锁存输入。反过来，这些输入驱动一个内部16输出逻辑解码器，该解码器控制主多路复用器和配置校准的开关。

MAX4539在使能为高电平时导通，除非CAL输入被置位，否则其工作原理与传统多路复用器相同。当CAL和ENABLE均置位时，三个地址输入（通过逻辑解码器）选择其中一个电阻分压器或外部基准输出。LATCH功能允许芯片捕获此状态，从而释放地址总线。

两个主要功能使 cal-mux 与众不同。一个是LATCH功能，另一个是其校准和自我监控功能。四个内部电阻分压器提供四种固定比率：（15/4096）（VREFHI - VREFLO）和（4081/4096）（VREFHI - VREFLO）（其中VREF是外部基准），（5/8）（V+ - V-）和（1/2）（V+ - VGND）。除这些量外，MAX4539还可单独访问GND、REFI和REFLO。使用具有出色热跟踪性能的精密内部电阻器，可在工业温度范围内实现精度优于15位（0.1/4096）的校准过程。

每个地址提供多路复用器和校准开关的不同配置。将 LATCH 输入驱动为高电平可捕获给定的控制状态，使器件能够忽略地址线上的扰动，直到 LATCH 返回低电平。

MAX4539在采用模数转换器的多输入工业控制系统中非常有用（图1）。通过生成由ADC转换并由微控制器记录的基准电压，它可以消除与ADC系统相关的两个主要误差（失调误差和增益误差）。图2显示了单电源系统中此类程序的操作顺序。

图1.MAX4539 cal-mux简化了多通道工业控制系统的校准。

图2.此流程图详细介绍了在图1系统中实施的校准程序。

首先，cal-mux 施加一半的电源电压，作为是否施加适当功率的首次验证。然后，系统测量零点偏移和增益误差，并形成一个公式来校正后续读数。为了校准失调误差 - 产生全零数字输出所需的输入电压（理想情况下为零） - cal-mux 适用 （15/4096）（VREFHI - VREFLO）。以具有4.096V基准的12位ADC为例，（15/4096）（VREFHI -VREFLO）等于15mV和15LSB。因此，数字输出应000000001111。为了测量失调误差，微控制器只需记录ADC的数字输出与000000001111之间的差值。

增益误差通过施加（4081/4096）（VREFHI - VREFLO）来测量。然后，微控制器记录ADC的数字输出和111111110000之间的差值。了解ADC的失调误差和增益误差后，系统软件构建校准因子，调整后续输出以产生正确的读数。

最后，cal-mux 通过生成比例电压来监控系统电源，这些电压很容易由 ADC 转换并由微控制器测量：（1/2）（V+ - VGND） 用于单电源系统，（5/8）（V+ - V-） 用于双电源系统。

审核编辑：郭婷