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基于TLC4502和MAX111的数据采集系统自校准技术

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:介绍了数据采集系统中的自校准技术,并以TLC4502和MAX111为例介绍了自校准功能模块中运算放大器和A/D转换器的工作原理及使用方法,最后给出了相应的应用实例。
  关键词:自校准技术;A/D转换;TLC4502;MAX111
  
  1引言
  
  零点温度漂移和时间漂移往往会对微弱信号的放大及A/D转换过程产生重要影响,从而引起数据采集精度的降低。因此,为了提高精度,多采用高精度的基准源、匹配电阻以及低漂移运算放大器,但这样同时也会使产品成本升高,且线路复杂,功耗高。本文讨论的自校准技术能很好地解决时漂和温漂问题,并进一步提高A/D转换的精度,而且硬件简单,因此适用范围很广。
  
  2数据采集系统的一般组成
  
  数据采集系统一般由模拟信号输入、信号放大器、A/D转换器以及MCU组成,如图1所示。该系统的自校准精度主要取决于信号放大器和A/D转换器。
  
  2.1校准信号放大器
  
  信号放大器的放大倍数准确与否以及时漂、温漂等问题都会严重影响数据采集的精度,因而对信号放大器进行校准是十分必要的。现在已经有一些带自校准功能的信号放大器。选用这些器件无疑会大大简化系统设计。下面以美国TI公司的自校准信号放大器TLC4502为例进行说明。TLC4502内有两个自校准运放通道,其通道的原理图如图2所示。
  
  通电后,上电复位电路开始工作,通过控制逻辑电路启动自校准过程。首先激活RC振荡器以提供逐次逼近算法的时钟信号,同时断开K1、K4,并接通K2、K3。此时,运算放大器输入端短路,输出为失调电压,该电压经K3到片内并通过A/D转换器转换后,存入寄存器SAR内,然后再通过片内D/A转换器转换后送到运算放大器内进行失调对消。经过若干个时钟周期后,失调电压逐次逼近零点,此时控制逻辑电路自动断开K2和K3,并接通K1和K4,校准过程即告结束。经校准后,运算放大器的失调电压的误差为零,因此,就可以像一般的运算放大器一样使用了。
  
  只要不断电,校准后的失调调零信息就可一直保存在逐次逼近寄存器SAR中。为了进一步降低功耗及防止宽带噪声引起的干扰,校准完成后,放大器芯片会自动关闭片内RC振荡器。整个校准过程约300ms。当TLC4502应用在长期不间断信号采集的场合时,可通过CPU来控制其定期切断,然后再接通运算放大器电源进行自校准,这样可消除时间漂移引起的误差。
  
  2.2A/D的自校准原理
  
  下面以两通道A/D转换器件为例来对自校准过程进行说明。自校准过程可分为四步(见图3):
  
  (1)A/D调零:A/D转换器的两个输入端短接后接到参考电压负端。
  
  (2)A/D增益校准:A/D转换器的两个输入端分别接至参考电压的正负端。
  
  (3)通道1(或2)调零校准:A/D转换器的两个输入端短接后接输入信号的负端。
  
  (4)通道1(或2)正常进行A/D转换:A/D转换器的两个输入端分别接至输入信号的正负端。
  
  其实前三步是完成自校准过程,最后一步是由自校准过程转到正常工作状态。对于普通的A/D转换器件,要完成自校准过程需要扩展外围电路,图3中的S1、S2、S3的功能可

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