提高M(jìn)AX1464 ADC性能

摘要：MAX1464是一款高性能、多通道信號(hào)調(diào)理器，其內(nèi)部16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。為了使轉(zhuǎn)換分辨率達(dá)到最大，必須在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的線性范圍內(nèi)將輸入信號(hào)中的失調(diào)補(bǔ)償調(diào)零后再進(jìn)行放大。該篇應(yīng)用筆記描述了有效完成這一任務(wù)的方法和流程。

提高MAX1464的轉(zhuǎn)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(shù)字式傳感器信號(hào)調(diào)理器，集成了片上閃存和溫度傳感器。在信號(hào)通路的中心有一個(gè)16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)用來(lái)將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量由內(nèi)部微處理器進(jìn)行處理。為了最大化轉(zhuǎn)換分辨率，必須將輸入信號(hào)的失調(diào)使用粗調(diào)-失調(diào)DAC CO調(diào)零，然后通過(guò)設(shè)置可編程增益放大器(PGA)將其放大到ADC線性范圍內(nèi)的最大可能值。必須對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行粗調(diào)-失調(diào)設(shè)置，使傳感器的激勵(lì)為中間等級(jí)時(shí)數(shù)字量盡可能接近0x0000 (十六進(jìn)制)。然后設(shè)置PGA的增益使激勵(lì)最小和最大時(shí)數(shù)字量盡可能接近ADC范圍的±85%。

由于CO和PGA設(shè)置的分辨率有限，這一階段的輸入信號(hào)只能進(jìn)行PGA和失調(diào)的粗調(diào)。輸出信號(hào)最終和最精確的調(diào)整通常是在最后的校準(zhǔn)過(guò)程中完成，這一過(guò)程利用補(bǔ)償算法對(duì)傳感器誤差、器件差異、應(yīng)用電路元件差異以及所有其余的誤差進(jìn)行合并和校正。一般，相同的CO和PGA設(shè)置適用于同一條生產(chǎn)線上的傳感器，因?yàn)槠渚哂泻侠淼囊恢滦?，所以不需要為每個(gè)單獨(dú)的傳感器確定CO和PGA設(shè)置。

在MAX1464信號(hào)調(diào)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(shè)置相互獨(dú)立。對(duì)每個(gè)通道，PGA使用配置寄存器中的5位進(jìn)行設(shè)置(17種可能的設(shè)置)，CO使用4位進(jìn)行設(shè)置(包括1個(gè)符號(hào)位，有16種可能的設(shè)置)。對(duì)一個(gè)未知特性的傳感器進(jìn)行最優(yōu)粗調(diào)-失調(diào)和增益設(shè)置的方法如圖1中的流程圖所示。配置寄存器的詳細(xì)定義和設(shè)置方法請(qǐng)參考MAX1464的數(shù)據(jù)資料。

實(shí)例

在這個(gè)例子中，電源電壓為5V時(shí)期望的補(bǔ)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(diào)，基于此來(lái)確定CO和PGA的設(shè)置。所以傳感器的失調(diào)是5V * (-12mV/V) = - 60mV，滿激勵(lì)時(shí)的傳感器量程是50mV。同樣地，-FSO (滿量程輸出) = -85mV，+FSO = -35mV。根據(jù)下面的流程圖，PGA增益設(shè)置是PGAn[4:0] = 10000b (增益 = 123)，粗調(diào)失調(diào)校正設(shè)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(shù)字化的傳感器信號(hào)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(tǒng)是比例式的，對(duì)VDD的直流分量不敏感。當(dāng)輸入超出±VDD時(shí)ADC輸出±1.0。


圖1. 使用MAX1464信號(hào)調(diào)理器時(shí)用于補(bǔ)償傳感器信號(hào)的最優(yōu)粗調(diào)失調(diào)和PGA設(shè)置的確定方法