提高MAX1464 ADC性能

摘要：MAX1464是一款高性能、多通道信號調理器，其內部16位模數轉換器將模擬輸入信號轉換為數字量。為了使轉換分辨率達到最大，必須在模數轉換器的線性范圍內將輸入信號中的失調補償調零后再進行放大。該篇應用筆記描述了有效完成這一任務的方法和流程。

提高MAX1464的轉換分辨率

MAX1464是一款高性能、低成本、低功耗、多通道、基于微處理器的數字式傳感器信號調理器，集成了片上閃存和溫度傳感器。在信號通路的中心有一個16位模數轉換器(ADC)用來將模擬輸入信號轉換成數字量由內部微處理器進行處理。為了最大化轉換分辨率，必須將輸入信號的失調使用粗調-失調DAC CO調零，然后通過設置可編程增益放大器(PGA)將其放大到ADC線性范圍內的最大可能值。必須對輸入信號進行粗調-失調設置，使傳感器的激勵為中間等級時數字量盡可能接近0x0000 (十六進制)。然后設置PGA的增益使激勵最小和最大時數字量盡可能接近ADC范圍的±85%。

由于CO和PGA設置的分辨率有限，這一階段的輸入信號只能進行PGA和失調的粗調。輸出信號最終和最精確的調整通常是在最后的校準過程中完成，這一過程利用補償算法對傳感器誤差、器件差異、應用電路元件差異以及所有其余的誤差進行合并和校正。一般，相同的CO和PGA設置適用于同一條生產線上的傳感器，因為其具有合理的一致性，所以不需要為每個單獨的傳感器確定CO和PGA設置。

在MAX1464信號調理器中，通道1、通道2和通道T (溫度傳感器)輸入的CO和PGA設置相互獨立。對每個通道，PGA使用配置寄存器中的5位進行設置(17種可能的設置)，CO使用4位進行設置(包括1個符號位，有16種可能的設置)。對一個未知特性的傳感器進行最優粗調-失調和增益設置的方法如圖1中的流程圖所示。配置寄存器的詳細定義和設置方法請參考MAX1464的數據資料。

實例

在這個例子中，電源電壓為5V時期望的補償輸出是0.5V到4.5V，所使用的傳感器具有10mV/V的靈敏度和-12mV/V的失調，基于此來確定CO和PGA的設置。所以傳感器的失調是5V * (-12mV/V) = - 60mV，滿激勵時的傳感器量程是50mV。同樣地，-FSO (滿量程輸出) = -85mV，+FSO = -35mV。根據下面的流程圖，PGA增益設置是PGAn[4:0] = 10000b (增益 = 123)，粗調失調校正設置是Con[3:0] = 1010b (+57mV RTI - 參考輸入)。ADC的粗校正-FS輸入是(-85mV + 57mV) * 123 = -3.690V。ADC的+FS輸入是(-35mV + 57mV) * 123 = +2.460V。ADC的輸入范圍是±VDD。這樣，數字化的傳感器信號變成-FS = -3.690/5 = -0.738和+FS = +2.460/5 = +0.492。

注意到電橋乘以VDD，ADC除以VDD。因此，系統是比例式的，對VDD的直流分量不敏感。當輸入超出±VDD時ADC輸出±1.0。


圖1. 使用MAX1464信號調理器時用于補償傳感器信號的最優粗調失調和PGA設置的確定方法