压力传感器信号调理电路的两种温度补偿方法

压力信号调理专用集成电路是一种高性能、低成本信号调理器，它一般具有片内闪存、片内温度传感器和全模拟信号通路。应用在各种工业和汽车压力测量领域的压力变送器一般都采用了信号调理器，出于成本和生产效率的考虑，这种信号调理器一般只限于对两个温度点进行补偿的应用。这无法将传感器和信号调理器保持在同一温度下。下面介绍一种常用的压力信号调理电路。MAX1452信号调理器支持两种补偿方法： 第一种方法在两个温度点之间进行线性外推处理(针对FSO和OFF DAC值)，以相应的温度系数装入OFF和FSO查找表的每一单元，以纠正输入信号的TC偏差。在这种方法中，OTC和FSOTC DAC被设置为任一固定值(和补偿过程使用的数值一样)。在工作期间，随信号调理集成芯片的温度的变化，以相应的系数来更新OFF和FSO DAC，从而补偿输入信号。

第二种方法是把OFF和FSO查找表当做一个DAC。利用随温度变化的电桥激励电压(VB)作为温度参数，该电压是OTC和FSOTC DAC的基准电压。根据补偿期间的测量结果，计算OFF、FSO、OTC和FSOTC DAC的值。当MAX1452和压力传感器无法保持同一温度时，必须采用这一方法。它也可以用于信号调理芯片和传感器温度相同的情况。这两种方法应该产生相似的结果。如果正确实施，这些方法能够完全消除输入信号TC误差的线性分量，降低输出误差，只剩下输入信号TC误差的非线性分量。

下面介绍一种常用的压力信号调理器在应用中常见的问题，在这里，我们采用问答的方式。

1.    问：MAX1452和MAX1455有什么区别? 答：MAX1452和MAX1455基于同样的内部体系结构，功能和性能相似。MAX1455包括输出电压嵌位功能，适合汽车应用。MAX1452支持4-20mA应用。

2.    问：MAX1452信号调理器的传感器激励模式是什么? 答：默认模式是电流桥驱动。但是，MAX1452也可以配置为电压桥驱动。ISRC和BDR引脚短路在一起可以实现这一配置。

3.    问：MAX1452能够用于电压桥驱动模式吗? 答：是的，把ISRC和BDR引脚短路在一起，将MAX1452配置为电压桥驱动模式。

4.    问：MAX1452能够用在4-20mA应用中吗? 答：是的。MAX1452正常工作时吸收的最大电流小于4mA，因此，能够用在4-20mA应用中。

5.    问：在没有外部放大器的情况下，能够产生4V范围(VDD = 5V)的最小传感器输出是多少? 答：当最大激励电压设置为4.5V (VDD = 5V)，并采用最大PGA增益(234倍)时，可以确定传感器最小输出。使用的公式为：传感器输出(mV/V) = 电压范围(V) / [VBDR (V) * PGA增益(V/V)] * 1000，传感器最小输出是4mV/V。

6.    问：在没有外部电路的情况下，能够产生4V范围(VDD = 5V)的最大传感器输出是多少? 答：当最小激励电压设置为1.5V (VDD = 5V)，并采用最小PGA增益(39倍)时，可以确定传感器最大输出。使用的公式为：传感器输出(mV/V) = 电压范围(V) / [VBDR (V) * PGA增益(V/V)] * 1000，传感器最大输出是68mV/V。

7.    问：当工作在数字模式下，输出MUX采用“infinite”输出宽度时，在接收数字命令之前，通信中断了大约9秒钟。在设计生产中，这是禁止出现的。从DMM读取输出后，怎样才能避免这种不需要的等待?  答：信号调理器的电源VDD必须能够周期上电。如果采用了提供的KEY和评估(EV kit)套件，必须执行serial.dll中的hard_init (mode = 1)函数，实现周期上电。在这种模式(mode = 1)下，将自动恢复DAC中的prepower-cycle内容，因此，对补偿过程而言，周期上电操作是透明的。

8.    问：UNLOCK引脚需要下拉电阻吗?  答：为方便生产，建议在UNLOCK引脚上使用下拉电阻。使用这一电阻后，不需要对电路板重新布线便能够切换到数字模式(设置UNLOCK = VDD)。

9.    问：桥激励电压的限制是什么?  答：在FSO DAC设置限制中说明了桥激励限制。数据资料中规定该限制为0x4000至0xC000，VDD = 5V时，大概对应FSO DAC的1.25V至3.75V。在实际中，桥激励电压能够高达4.5V。

10.   问：模拟输出电压的限制是什么?  答：根据数据资料，模拟输出电压可以在0.2V和4.75V之间摆动。在典型应用中，输出校准为0.5V至4.5V。当校准后的输出限制接近数据资料规定的限制时，输出进入饱和区，需要多次迭代，补偿过程实现起来更加困难。

11.   问：我的传感器可能和信号调理器的温度不一样。还需要补偿传感器吗?  答：是的。FSOTC DAC和失调TC DAC提供一阶温度补偿。这是因为FSOTC DAC和失调TC DAC的参考电压是BDR(传感器激励)，它和温度有关。在这种情况下，必须以常数填入内部查找表。补偿过程和MAX1458/MAX1478的一样。

12.   问：在我的补偿算法中，需要使用失调TC DAC和FSOTC DAC吗？ 答：不需要。在典型应用中，失调TC DAC和FSOTC DAC被设置为任意值；OFF和FSO查找表用于总温度补偿。建议将FSOTC DAC和失调TC DAC设置为非零值，例如0x0200。

13.   问：除了查找表之外，使用失调TC DAC和FSOTC DAC有什么优势吗？  答：是的。在失调TC DAC和FSOTC DAC中装入合适的数值可以纠正一阶温度误差。然后，只需要通过OFF和FSO查找表来修正高阶温度误差。这将大大提高温度补偿的精度。然而，在大部分应用中，仅使用FSO和OFF查找表就能够产生预期的结果。

14.   问：如果失调TC DAC和FSOTC DAC没有用于一阶温度补偿，其建议值应该是多少?  答：失调TC DAC和FSOTC DAC可以设置为任意值。但是，建议设置为非零值，例如0x0200。

15.   问：OFF查找表中的系数可以有不同的符号吗?  答：不可以。OFF查找表中所有输入的符号都由配置寄存器中的一个比特进行规定。因此，在开始补偿过程之前，必须认真地确定失调补偿系数都有相同的极性，正或者负。

16.   问：在补偿过程中，可以把+5V电源直接和信号调理器的VDD连接吗?  答：不可以。信号调理器的VDD必须通过KEY进行连接，这样，能够由软件控制信号调理器的电源。实现同步需要进行这种连接，避免了每次DMM电压读操作9秒的等待时间，从而加速了补偿过程。

17.   问：我在输出上发现有非常低的低频噪声，例如2Hz到3Hz。其原因是什么?  答：低频噪声可能和ODAC以及OTCDAC输出有关。Σ-Δ DAC使用电容电荷“堆”伪随机排序，将DAC输出保持在需要的电平上。DAC排序有时候会陷入某种模式。重复出现很长的排序模式，产生输出“谐音”，在频谱分析仪上显示为非常低的频率。由于ODAC和OTCDAC之和直接进入输出OUT，因此，这些谐音会出现在输出端。可以进行快速测试——设置信号调理器，监视输出，观察低频噪声，然后修改DAC数值的一位或者两位，观察低频噪声是否消失，或者转移到其他频率上。为避免低频噪声，应找到产生低频噪声的DAC设置，将所有的“谐音值”加1，以避免在ODAC表最终校准中出现这类设置。偏置1位，对传感器测量没有差别。请注意，Maxim一直没有出现过这类谐音，它是在Δ-Σ DAC上出现的一种假象。

18.   问：我在CLK1M引脚上看不到内部振荡器信号。问题出在哪里？  答：配置寄存器中的CLK1M位必须设置为“1”，TEST引脚必须连接至VDD。