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-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行校準和補償。MAX1460調(diào)理后的輸出信號精度可達到0.1%。
2 MAX1460的結構和原理
圖1是MAX1460的內(nèi)部功能結構框圖，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，首先應先經(jīng)過PGA和CODAC進行放大和粗偏置調(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個比特可用來設置PGA(2-bit)和CODAC(3-bit)。
MAX1460具有內(nèi)建的溫度感應橋路，當需要MAX1460進行補償時，可利用此溫度感應橋代替外部傳感器。因此，芯片應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)的配置位也應在配置寄存器中被設置，選擇合適的設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行量化，然后送到DSP寄存器中。ADC的動態(tài)范圍為-VDD～+VDD，當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)、復位信號(RESET)、串行數(shù)據(jù)信號(SDIO，SIO)和轉換結束標志信號(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，并且對溫度效應的高階分量也進行了補償，因此它可以使校正精度達到0.1%。
