概述
MAX1460是美國Maxim公司生產(chǎn)的智能信號(hào)調(diào)理芯片，它首次在單片上整合了一套完整的16位數(shù)據(jù)采集和校正系統(tǒng)，從而提出了一個(gè)新穎的信號(hào)調(diào)理概念。MAX1460可將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的輸出在一定的溫度范圍內(nèi)通過片內(nèi)的16-bit DSP按照用戶給定的補(bǔ)償方程進(jìn)行校正，且可將校正系數(shù)存儲(chǔ)在片內(nèi)的128-bit E2PROM中。經(jīng)過調(diào)理的信號(hào)既可選擇12-bit數(shù)字輸出，也可以通過片內(nèi)的12-bitDAC模擬輸出。
MAX1460片內(nèi)不僅帶有ADC、DSP和DAC，而且還有可編程增益放大器、溫度傳感器和失調(diào)校準(zhǔn)電路，因而特別適用于壓阻式傳感器的信號(hào)調(diào)理，同時(shí)也適用于加速度計(jì)、應(yīng)變檢測和其他電阻傳感器的信號(hào)調(diào)理。MAX1460只需少量外圍元件，通過簡單的設(shè)置和調(diào)節(jié)來對傳感器的失調(diào)(Offset)、滿量程輸出(FSO)、失調(diào)溫度系數(shù)(OffsetTC)、滿量程輸出溫度系數(shù)(FSOTC)和滿量程輸出非線性進(jìn)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償。MAX1460調(diào)理后的輸出信號(hào)精度可達(dá)到0.1%。
2 MAX1460的結(jié)構(gòu)和原理
圖1是MAX1460的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)框圖，從圖1可以看出，該芯片可以分為模擬前端、測試接口、數(shù)字處理模塊和輸出模塊等幾個(gè)主要部分。
2.1 模擬前端
MAX1460的模擬前端包括可編程增益放大器(PGA)、粗偏置DAC(CODAC)、溫度傳感器和16-bitΣ-Δ型ADC。在輸入信號(hào)被量化之前，首先應(yīng)先經(jīng)過PGA和CODAC進(jìn)行放大和粗偏置調(diào)整，這樣可使信號(hào)在ADC的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。芯片的配置寄存器中有5個(gè)比特可用來設(shè)置PGA(2-bit)和CODAC(3-bit)。
MAX1460具有內(nèi)建的溫度感應(yīng)橋路，當(dāng)需要MAX1460進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，可利用此溫度感應(yīng)橋代替外部傳感器。因此，芯片應(yīng)該盡量靠近傳感器放置，以使得它們所處的熱環(huán)境相同。溫度感應(yīng)橋路的輸出信號(hào)也要經(jīng)過一個(gè)3-bit的粗偏置DAC，然后才被ADC量化。溫度傳感器偏置(TSO)的配置位也應(yīng)在配置寄存器中被設(shè)置，選擇合適的設(shè)置可使半偏溫度值在量化以后接近0.0，從而使校正系數(shù)適用于最大的溫度范圍。
MAX1460片內(nèi)的16-bit ADC可對調(diào)整后的輸入信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行量化，然后送到DSP寄存器中。ADC的動(dòng)態(tài)范圍為-VDD～+VDD，當(dāng)ADC的輸入在±85%VDD范圍時(shí)，芯片可保持很高的精度。
2.2 測試接口
對MAX1460的測試可以通過芯片的測試接口來實(shí)現(xiàn)。接口信號(hào)主要有片選信號(hào)(CS1，CS2)、啟動(dòng)信號(hào)(START)、測試使能信號(hào)(TEST)、復(fù)位信號(hào)(RESET)、串行數(shù)據(jù)信號(hào)(SDIO，SIO)和轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號(hào)(EOC)。測試者可以按照給定的操作時(shí)序來通過此接口對芯片進(jìn)行配置、寫入校正系數(shù)(從而確定校正方程)以及讀出經(jīng)DSP校正的結(jié)果。
2.3 數(shù)字處理模塊
MAX1460內(nèi)建了一個(gè)低功耗的16-bit DSP，因而可以按照用戶確定的校正方程對模擬前端送來的量化后的輸入信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，以得到校正后的輸出。內(nèi)建的校正算法采用多項(xiàng)式擬合，其表達(dá)式為：
D=Gain(1+G1T+G2T2)(Signal+Of0+Of1T+Of2T2)+DOFF
式中D是期望的輸出，G代表傳感器的靈敏度，G1、G2分別代表溫度效應(yīng)的一階和二階溫度靈敏度系數(shù)，Of0代表傳感器的失調(diào)，Of1、Of2分別代表溫度效應(yīng)的一階、二階溫度傳感器的失調(diào)系數(shù)，S和T是模擬前端送來的量化后的輸入信號(hào)和溫度信號(hào)，DOFF是輸出偏移量。校正系數(shù)可根據(jù)具體傳感器系統(tǒng)的溫度特性的不同來靈活配置。由于該校正方程采用了多項(xiàng)式擬合算法，并且對溫度效應(yīng)的高階分量也進(jìn)行了補(bǔ)償，因此它可以使校正精度達(dá)到0.1%。
