基于TLC4502和MAX111的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自校準(zhǔn)技術(shù)

摘要：介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的自校準(zhǔn)技術(shù)，并以TLC4502和MAX111為例介紹了自校準(zhǔn)功能模塊中運(yùn)算放大器和A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理及使用方法，最后給出了相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例。

    關(guān)鍵詞：自校準(zhǔn)技術(shù)；A/D轉(zhuǎn)換；TLC4502；MAX111

１ 引言

零點(diǎn)溫度漂移和時(shí)間漂移往往會(huì)對(duì)微弱信號(hào)的放大及Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換過(guò)程產(chǎn)生重要影響，從而引起數(shù)據(jù)采集精度的降低。因此，為了提高精度，多采用高精度的基準(zhǔn)源、匹配電阻以及低漂移運(yùn)算放大器，但這樣同時(shí)也會(huì)使產(chǎn)品成本升高，且線路復(fù)雜，功耗高。本文討論的自校準(zhǔn)技術(shù)能很好地解決時(shí)漂和溫漂問(wèn)題，并進(jìn)一步提高Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的精度，而且硬件簡(jiǎn)單，因此適用范圍很廣。

２ 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一般組成

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由模擬信號(hào)輸入、信號(hào)放大器、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器以及ＭＣＵ組成，如圖１所示。該系統(tǒng)的自校準(zhǔn)精度主要取決于信號(hào)放大器和Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器。

２．１ 校準(zhǔn)信號(hào)放大器

信號(hào)放大器的放大倍數(shù)準(zhǔn)確與否以及時(shí)漂、溫漂等問(wèn)題都會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)采集的精度，因而對(duì)信號(hào)放大器進(jìn)行校準(zhǔn)是十分必要的�，F(xiàn)在已經(jīng)有一些帶自校準(zhǔn)功能的信號(hào)放大器。選用這些器件無(wú)疑會(huì)大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。下面以美國(guó)ＴＩ公司的自校準(zhǔn)信號(hào)放大器ＴＬＣ４５０２為例進(jìn)行說(shuō)明。ＴＬＣ４５０２內(nèi)有兩個(gè)自校準(zhǔn)運(yùn)放通道，其通道的原理圖如圖２所示。

通電后，上電復(fù)位電路開(kāi)始工作，通過(guò)控制邏輯電路啟動(dòng)自校準(zhǔn)過(guò)程。首先激活ＲＣ振蕩器以提供逐次逼近算法的時(shí)鐘信號(hào),同時(shí)斷開(kāi)Ｋ１、Ｋ４，并接通Ｋ２、Ｋ３。此時(shí),運(yùn)算放大器輸入端短路,輸出為失調(diào)電壓,該電壓經(jīng)Ｋ３到片內(nèi)并通過(guò)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后,存入寄存器ＳＡＲ內(nèi),然后再通過(guò)片內(nèi)Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送到運(yùn)算放大器內(nèi)進(jìn)行失調(diào)對(duì)消。經(jīng)過(guò)若干個(gè)時(shí)鐘周期后,失調(diào)電壓逐次逼近零點(diǎn),此時(shí)控制邏輯電路自動(dòng)斷開(kāi)Ｋ２和Ｋ３，并接通Ｋ１和Ｋ４，校準(zhǔn)過(guò)程即告結(jié)束。經(jīng)校準(zhǔn)后，運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓的誤差為零，因此，就可以像一般的運(yùn)算放大器一樣使用了。

只要不斷電,校準(zhǔn)后的失調(diào)調(diào)零信息就可一直保存在逐次逼近寄存器ＳＡＲ中。為了進(jìn)一步降低功耗及防止寬帶噪聲引起的干擾,校準(zhǔn)完成后，放大器芯片會(huì)自動(dòng)關(guān)閉片內(nèi)ＲＣ振蕩器。整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程約 ３００ｍｓ。當(dāng)ＴＬＣ４５０２應(yīng)用在長(zhǎng)期不間斷信號(hào)采集的場(chǎng)合時(shí),可通過(guò)ＣＰＵ來(lái)控制其定期切斷，然后再接通運(yùn)算放大器電源進(jìn)行自校準(zhǔn),這樣可消除時(shí)間漂移引起的誤差。

    ２．２ Ａ／Ｄ的自校準(zhǔn)原理

下面以兩通道Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器件為例來(lái)對(duì)自校準(zhǔn)過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。自校準(zhǔn)過(guò)程可分為四步（見(jiàn)圖３）：

(１) Ａ／Ｄ調(diào)零：Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端短接后接到參考電壓負(fù)端。

(２) Ａ／Ｄ增益校準(zhǔn)：Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端分別接至參考電壓的正負(fù)端。

(３) 通道１（或２）調(diào)零校準(zhǔn)：Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端短接后接輸入信號(hào)的負(fù)端。

(４) 通道１（或２）正常進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換：Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端分別接至輸入信號(hào)的正負(fù)端。

    其實(shí)前三步是完成自校準(zhǔn)過(guò)程，最后一步是由自校準(zhǔn)過(guò)程轉(zhuǎn)到正常工作狀態(tài)。對(duì)于普通的

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