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1 概述 MAX1460是美國(guó)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－bit DAC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(cè)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(jiǎn)單的設(shè)置和調(diào)節(jié)來對(duì)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(cè)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(duì)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(cè)試接口 對(duì)MAX1460的測(cè)試可以通過芯片的測(cè)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(cè)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(cè)試者可以按照給定的操作時(shí)序來通過此接口對(duì)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(duì)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(duì)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%。 2．4 輸出模塊 經(jīng)過校正的數(shù)字信號(hào)可以直接從并行數(shù)據(jù)口輸出（高12－bit），也可以經(jīng)過片內(nèi)的12－bit DAC的數(shù)模轉(zhuǎn)換后再?gòu)哪M輸出口輸出。除此之外，MAX1460片內(nèi)還有一個(gè)運(yùn)算放大器，用戶可以利用這個(gè)運(yùn)放來構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，以對(duì)DAC的輸出進(jìn)行濾波。 MAX1460不但有很高的補(bǔ)償精度，而且具有高度的靈活性，它能夠適應(yīng)不同的系統(tǒng)，因而可廣泛應(yīng)用于工業(yè)壓力傳感器、手持儀器、智能充電系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)等許多領(lǐng)域。 3 在高精度數(shù)控衰減系統(tǒng)中的應(yīng)用 在雷達(dá)信號(hào)模擬系統(tǒng)中通常要對(duì)描述目標(biāo)距離和角度的信號(hào)幅度進(jìn)行精確衰減，而且對(duì)衰減系統(tǒng)的要求很高（步進(jìn)值0．1dB，精度0．05dB）。這樣，數(shù)控衰減系統(tǒng)的核心器件（模擬乘法器和DAC）的溫度效應(yīng)就必須予以考慮并加以解決。經(jīng)過論證后，筆者采用MAX1460來對(duì)衰減系統(tǒng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。圖2所示是該溫度補(bǔ)償系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。利用該系統(tǒng)可在不同的溫度下輸入相同的衰減控制字，并可通過對(duì)DAC的參考電壓進(jìn)行調(diào)整來改變DAC的輸出電壓，以達(dá)到校正衰減量的目的。由于MAX1460的轉(zhuǎn)換速度只有15次／秒，因而不能在控制電壓里直接對(duì)DAC的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整。 圖3是調(diào)理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用電路組成。其主控計(jì)算機(jī)通過RESET、TEST、XIN、SDIO、SDO等測(cè)試接口信號(hào)來與MAX1460進(jìn)行串行通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的配置寫入，同時(shí)也可讀出其調(diào)理結(jié)果，測(cè)試程序是根據(jù)給定的讀寫時(shí)序用C＋＋語言編寫的。圖4是MAX1460測(cè)試接口的讀寫時(shí)序。由于DAC的參考電壓為2V，考慮到MAX1460模擬前端的動(dòng)態(tài)范圍，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先進(jìn)行分壓。本例采用運(yùn)算放大器OP07來實(shí)現(xiàn)。其輸出端則利用片內(nèi)的內(nèi)置運(yùn)算放大器進(jìn)行平滑，然后再用OP07進(jìn)行比例放大，最后送給DAC。 4 結(jié)束語 初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用MAX1460進(jìn)行溫度補(bǔ)償可使衰減系統(tǒng)的精度得到很大的提高，完全可以達(dá)到系統(tǒng)的要求。 |
