數(shù)字化血壓監(jiān)護(hù)儀參考設(shè)計(jì)

　　圖2 血壓測(cè)量中的血壓變化

　　圖3 噪聲耦合和過(guò)采樣結(jié)合進(jìn)一步改善精度

　　校準(zhǔn)是一個(gè)3步驟的過(guò)程：第一步配置ADC，第二步開始校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換并等待轉(zhuǎn)換完成，最后進(jìn)行偏移和增益校準(zhǔn)。

　　偏移和增益校準(zhǔn)值能夠根據(jù)結(jié)果被減小或放大。這能在軟件或在一些已實(shí)現(xiàn)的ADC硬件中完成。

　　輸入的偏移是三個(gè)需要補(bǔ)償?shù)膩?lái)源中最容易處理的。對(duì)一個(gè)單端輸入的轉(zhuǎn)換，輸入可以參考同樣的內(nèi)部電壓。這應(yīng)當(dāng)能產(chǎn)生一個(gè)零結(jié)果。如果結(jié)果不是零，這就是偏移值，它必須從ADC結(jié)果中減去。如果使用差分轉(zhuǎn)換模式，偏移值能夠通過(guò)在兩個(gè)輸入引腳上變換同樣的信號(hào)來(lái)找到。

　　一旦偏移值已知，ADC的增益能夠從滿量程誤差中找到。這是在最大量程的理想輸出值(如12位ADC中的0xFFF)與偏移值為零時(shí)實(shí)際輸出值之間的差值。

　　圖4 未校準(zhǔn)量程與對(duì)應(yīng)理想量程的偏移

　　圖4顯示了從接地到滿量程一個(gè)未校準(zhǔn)的斜線對(duì)應(yīng)理想斜線的偏移和增益被夸大的效果。在應(yīng)用中取決于準(zhǔn)確的ADC結(jié)果，在血壓監(jiān)護(hù)儀中，它被要求指示微小的讀數(shù)變化(µV)，校準(zhǔn)應(yīng)該經(jīng)常進(jìn)行，至少在每個(gè)重起之后。如果一個(gè)硬件功能不存在，校準(zhǔn)可以通過(guò)設(shè)計(jì)接地和VDD輸入到應(yīng)用部分，在每次轉(zhuǎn)換后減去偏移并乘以計(jì)算的增益來(lái)獲得。

　　還有一種輸入誤差的來(lái)源，即輸入引腳上的漏電流會(huì)引起輸入端輸入電阻上的壓降。這一誤差可以是在這些電池電壓和溫度檢測(cè)電路中最低有效位的數(shù)十倍。最好的消除這一誤差的方法是在設(shè)計(jì)者的控制下減少模擬DC源電阻和任何形式的泄漏。

　　MCU芯片的溫度也可以對(duì)ADC結(jié)果有影響。然而，溫度是一個(gè)慢變因素。一個(gè)血壓監(jiān)護(hù)儀的常規(guī)的重復(fù)校準(zhǔn)被設(shè)計(jì)在應(yīng)用代碼中，這使用戶不用考慮理想條件，使溫度的影響最小。然而，在工廠中的完全校準(zhǔn)(其結(jié)果貯存在存儲(chǔ)器的查詢表中)基本能夠消除溫度的影響。許多ADC具有片上溫度傳感器，它們可以用來(lái)監(jiān)控溫度，使調(diào)節(jié)可以進(jìn)行。

　　非線性幾乎是一個(gè)無(wú)法被校準(zhǔn)的因素，因?yàn)樗ǔＪ悄K設(shè)計(jì)中所固有的。在每個(gè)編碼轉(zhuǎn)換之間的電壓差應(yīng)該等于1LSB。因此，非線性是指編碼步長(zhǎng)的不規(guī)則間隔，它導(dǎo)致一些信號(hào)變形。

　　結(jié)語(yǔ)

　　飛思卡爾嵌入式控制器ADC具有高度集成的功能，從而使設(shè)計(jì)者能夠獲得高精度的測(cè)量。在最新的Flexis產(chǎn)品系列中的16位ADC能使開發(fā)者通過(guò)調(diào)節(jié)ADC的偏移和增益提高精度，而不增加系統(tǒng)硬件和軟件的要求。