簡化數據采集系統校準任務的新型模擬開關

數據采集系統中，前端模擬通道的各個部件——傳感器、信號調理電路和模/數轉換系統等都會在不同程度上給測量結果帶來誤差，而且該誤差會隨著溫度、時間而漂移。傳感器和信號調理電路的誤差及其漂移問題受到了廣泛的重視，并發展了多種技術對其進行校準和補償。例如壓力傳感器經過補償后的輸出精度可達0.1%或更高。但是對于通道的最后一個環節——模/數轉換器所帶來的誤差卻常常被忽視。 線性系統的誤差分為零點(失調)誤差、增益(滿度)誤差和非線性誤差三種類型。模/數轉換器ADC通常都具有優異的線性度，例如常見的12位模/數轉換器AD574，非線性誤差(INL和DNL)在1LSB以內。但是其零點和增益的誤差卻不理想，典型的12位模/數轉換器這兩種誤差會高達10LSB，這對于要求0.1%精度的數據采集系統來說是難以接受的。當然，可以采用微調電位器的方法來修正這兩種誤差，也可以考慮采用高分辨率的轉換器。但前者增加了線路調整的復雜性，后者增加了產品的成本。

另外一個解決方案就是通過一個校準通道，用軟件的方法對模/數轉換器進行校準。但這需要至少兩個高精度的標準信號。而采用分立方案很難獲得超過0.1%精度的標準電壓信號，問題還是沒有解決。

Maxim公司帶校準功能的模擬開關(“校準多路器”)MAX4539使這個問題得到了解決。這種新穎的模擬開關利用激光微調技術在內部集成了高精度的電阻分壓網絡，分壓比精度高達0.002%(優于15位)，可為ADC提供進行零點校準和增益校準所需的高精度標準信號。芯片內部同時還集成了較低精度的分壓網絡，可用來對系統電源進行監測。這樣在不增加任何其他硬件的情況下，可以很容易地實現系統自檢、數據采集和系統校準。

MAX4539結構及工作模式

MAX4539的內部結構如圖1所示。其主體部分是一個普通的低電壓、8通道CMOS模擬開關。另外還有一個電阻分壓網絡，分壓網絡將外部輸入的基準電壓或電源電壓分壓后經過選擇開關送往多路器輸出端。譯碼電路將控制信號及地址信號譯碼后控制內部開關，實現輸入通道選擇或工作模式切換。

MAX4539具有測量、自檢和校準三種工作模式，不同工作模式可通過控制引腳CAL和地址引腳A0~A2進行選擇，另外還具有使能控制和狀態鎖存，與CPU接口非常簡單。工作模式及輸入通道的選擇參見真值表。

當CAL無效(低電平)時器件工作在測量模式，相當于一個普通的低電壓、8選1模擬開關，通過地址A0~A2選擇輸入通道。當CAL有效(高電平)時，芯片進入自檢及自校準模式，通過A0~A2可選擇不同的校準或自檢功能。A2A1A0=101選擇增益校準模式，輸出電壓為VCOM=4081/4096(VREFHI-VREFLO)±0.0024%，其中的VREFHI、VREFLO分別為輸入REFHI和REFLO引腳的電壓，一般為模/數轉換器所采用的基準電壓。對于理想A/D，該電壓轉換后的結果應為4081，根據實際轉換結果與此值的偏差就可計算出A/D的增益誤差;A2A1A0=110時進行零點校準，輸出VCOM=15/4096(VREFHI-VREFLO)±0.0024%，根據實際轉換結果與15之偏差計算出A/D的零點誤差;A2A1A0=000或011時進行系統自檢，內部分壓網絡采樣電源電壓并送給A/D進行檢測，采樣值分別為：VCOM=1/2(V+)±0.4%或5/8(V+- V-)±0.4%。另外還可以選擇將REFHI、REFLO或GND端的電壓送交A/D進行檢測。