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1 概述 MAX1460是美國Maxim公司生產(chǎn)的智能信號調(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)，從而提出了一個新穎的信號調(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按照用戶給定的補償方程進(jìn)行校正，且可將校正系數(shù)存儲在片內(nèi)的128－bit E2PROM中。經(jīng)過調(diào)理的信號既可選擇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調(diào)理，同時也適用于加速度計、應(yīng)變檢測和其他電阻傳感器的信號調(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)和補償。MAX1460調(diào)理后的輸出信號精度可達(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，這樣可使信號在ADC的動態(tài)范圍內(nèi)。芯片的配置寄存器中有5個比特可用來設(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)行補償時，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)橋路的輸出信號也要經(jīng)過一個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)整后的輸入信號和溫度信號進(jìn)行量化，然后送到DSP寄存器中。ADC的動態(tài)范圍為－VDD～＋VDD，當(dāng)ADC的輸入在±85％VDD范圍時，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現(xiàn)。接口信號主要有片選信號（CS1，CS2）、啟動信號（START）、測試使能信號（TEST）、復(fù)位信號（RESET）、串行數(shù)據(jù)信號（SDIO，SIO）和轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號（EOC）。測試者可以按照給定的操作時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和溫度信號進(jìn)行計算，以得到校正后的輸出。內(nèi)建的校正算法采用多項式擬合，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和溫度信號，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式擬合算法，并且對溫度效應(yīng)的高階分量也進(jìn)行了補償，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)換后再從模擬輸出口輸出。除此之外，MAX1460片內(nèi)還有一個運算放大器，用戶可以利用這個運放來構(gòu)成一個低通濾波器，以對DAC的輸出進(jìn)行濾波。 MAX1460不但有很高的補償精度，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)信號模擬系統(tǒng)中通常要對描述目標(biāo)距離和角度的信號幅度進(jìn)行精確衰減，而且對衰減系統(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來對衰減系統(tǒng)進(jìn)行溫度補償。圖2所示是該溫度補償系統(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DAC的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整。 圖3是調(diào)理系統(tǒng)的實際應(yīng)用電路組成。其主控計算機(jī)通過RESET、TEST、XIN、SDIO、SDO等測試接口信號來與MAX1460進(jìn)行串行通信，以實現(xiàn)對芯片的配置寫入，同時也可讀出其調(diào)理結(jié)果，測試程序是根據(jù)給定的讀寫時序用C＋＋語言編寫的。圖4是MAX1460測試接口的讀寫時序。由于DAC的參考電壓為2V，考慮到MAX1460模擬前端的動態(tài)范圍，設(shè)計時應(yīng)先進(jìn)行分壓。本例采用運算放大器OP07來實現(xiàn)。其輸出端則利用片內(nèi)的內(nèi)置運算放大器進(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 初步實驗結(jié)果表明，利用MAX1460進(jìn)行溫度補償可使衰減系統(tǒng)的精度得到很大的提高，完全可以達(dá)到系統(tǒng)的要求。 |
