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ZHCUB80C August 2004 – July 2023 PGA309

5.4 PGA309 校准过程

要进行 PGA309 校准，可以向传感器模块施加零、中间和满量程信号，并测量 PGA309 的输出响应。此校准是在温度范围内完成的，并会为所施加的每个温度确定不同的增益 DAC 和零 DAC 值。使用温度范围内的增益 DAC 和零 DAC 值可推导出一个查找表。可以修改使用的实际校准算法以适应不同的要求。下面是一种可能的校准算法。

下面显示了 PGA309 传递函数。以下公式代表 PGA309 中的所有增益和失调电压控制模块。该公式重新排列后可以求解整个校准过程中的各种增益和失调电压设置。

方程式 17.

V_{O U T} = [(m u x_s i g n ∙ V_{I N} + V_{C O A R S E_O F F S E T}) ∙ G I + V_{Z E R O_D A C}] ∙ G D ∙ G O

表 5-1 公式中的各个项

术语	定义
mux_sign	该项改变输入信号的极性。请参见表 6-9
V_IN	输入信号
V_{COARSE_OFFSET}	粗略失调电压 DAC 输出电压。请参见表 6-10
GI	输入级增益。请参见表 6-8
V_{ZERO_DAC}	零 DAC 输出电压。请参见表 6-4
GD	增益 DAC。请参见表 6-5
GO	输出级增益。请参见表 6-7

方程式 18.

V_{Z E R O_D A C} = \frac{V_{O U T} - G D ∙ G I ∙ G O ∙ (V_{C O A R S E_O F F S E T} + V_{I N} ∙ m u x_s i g n)}{G D ∙ G O}

方程式 19.

V_{C O A R S E_O F F S E T} = \frac{V_{O U T} - G D ∙ G O ∙ (V_{Z E R O_D A C} + {G I ∙ V}_{I N} ∙ m u x_s i g n)}{G D ∙ G I ∙ G O}

方程式 20.

T o t a l_G a i n = G D ∙ G I ∙ G O

方程式 21.

T o t a l_G a i n = \frac{V_{O U T_M A X} - V_{O U T_M I N}}{V_{I N_M A X} - V_{I N_M I N}}

校准算法

施加最小激励（例如，压力）。将 PGA309 增益调整到尽可能低的水平，并设置零 DAC 以将输出驱动至量程中点 (1/2Vs)。
方程式 22. $G I = 4, G D = (1 + 0.3333) / 2 = 0.667 ： G O = 2 ： V_{C O A R S E_O F F S E T} = 0 V$
方程式 23. $V_{Z E R O_D A C} = \frac{(0.5 ∙ V_{S}) - G D ∙ G I ∙ G O ∙ (V_{C O A R S E_O F F S E T} + V_{I N} ∙ m u x_s i g n)}{G D ∙ G O}$

根据测得的 Vout 反向计算 Vin。
方程式 24. $V_{I N} = \frac{V_{O U T} - G D ∙ G O ∙ (V_{Z E R O_D A C} + G I ∙ V_{C O A R S E_O F F S E T})}{G D ∙ G I ∙ G O ∙ m u x_s i g n}$
根据 if-then 关系调整增益，并重新执行步骤 1。这样会为 Vin 提供更准确的值。
If (Vin > 0.131)

GI=4;

Else if ((Vin>0.035) && (Vin<=0.131))

GI=8;

Else if ((Vin>0.023) && (Vin<=0.035))

GI=16;

Else if ((Vin>0.015) && (Vin<=0.023))

GI=32;

否则

GI=64;
施加最大激励并执行与步骤 1 和 2 相同的过程。这样将得到 Vin_max。现在根据 Vout_max 和 Vout_min 计算出了 Vin_min 和 Vin_max 值。使用此信息计算总增益。
方程式 25. $T o t a l_G a i n = \frac{V_{O U T_M A X} - V_{O U T_M I N}}{V_{I N_M A X} - V_{I N_M I N}}$
在 GI × GO × 0.667 的所有组合中搜索找出最接近总增益的值。这样可以获得增益 DAC 的最大调整范围。
求解 GD 值以获得精确的 Total_Gain。
方程式 26. $G D = \frac{T o t a l_G a i n}{G I ∙ G O}$
将零 DAC 设置为其满量程值的 ½ (0.5×Vref)。这样可以获得粗略失调电压的最大调整范围。
方程式 27. $V_{Z E R O_D A C} = 0.5 ∙ V_{R E F}$
查找所需的粗略失调电压以便能够在满量程激励下将输出设置为目标输出。例如，如果施加最小压力时输出应为 4.5V，则选择粗略失调电压以使输出尽可能接近 4.5V 的目标值。请注意，粗略失调电压调整分辨率阶跃很大，因此输出不会精确达到目标值。必须调整零 DAC 以提高最小输出的精度。
方程式 28. $V_{C O A R S E_O F F S E T} = \frac{V_{O U T_M A X} - G D ∙ G O ∙ (V_{Z E R O_D A C} + {G I ∙ V}_{I N_M A X} ∙ m u x_s i g n)}{G D ∙ G I ∙ G O}$
调整粗略失调电压后，测量输出。使用新的输出电压来调整零 DAC 以获得准确的零输出和满量程输出。
方程式 29. $V_{Z E R O_D A C} = \frac{V_{O U T_M A X} - G D ∙ G I ∙ G O ∙ (V_{C O A R S E_O F F S E T} + V_{I N_M A X} ∙ m u x_s i g n)}{G D ∙ G O}$
现在，增益和失调电压校正将给出最大和最小激励下的 Vout_max 和 Vout_min 近似值。此时的激励仍处于最大值，因此输出接近满量程目标。然而，这并不是最高的精度。要进一步提高精度，请对零 DAC 和增益 DAC 进行线性校正。重新测量输出并计算输入。然后，计算零 DAC 的新值。
方程式 30. $V_{I N_M A X} = \frac{V_{O U T_M A X} - G D ∙ G O ∙ (V_{Z E R O_D A C} + G I ∙ V_{C O A R S E_O F F S E T})}{G D ∙ G I ∙ G O ∙ m u x_s i g n}$
施加最小激励，并测量输出。使用此值来计算 Vin_min。使用步骤 9 和 10 中的 Vin_min 和 Vin_max 值来计算新的增益 DAC 和零 DAC。
方程式 31. $V_{I N_M I N} = \frac{V_{O U T_M I N} - G D ∙ G O ∙ (V_{Z E R O_D A C} + G I ∙ V_{C O A R S E_O F F S E T})}{G D ∙ G I ∙ G O ∙ m u x_s i g n}$
方程式 32. $T o t a l_G a i n = \frac{V_{O U T_M A X} - V_{O U T_M I N}}{V_{I N_M A X} - V_{I N_M I N}}$
方程式 33. $G D = \frac{T o t a l_G a i n}{G I ∙ G O}$
方程式 34. $V_{Z E R O_D A C} = \frac{V_{O U T_M I N} - G D ∙ G I ∙ G O ∙ (V_{C O A R S E_O F F S E T} + V_{I N_M I N} ∙ m u x_s i g n)}{G D ∙ G O}$
施加最小激励，并测量输出信号。确认步骤 10 中的调整符合您的精度要求。从技术上讲，调整已在步骤 10 中完成，因此本步骤仅用于确认器件和编程功能是否符合预期。
针对所有校准温度重复该过程的步骤 7 至 10。因此，在所有温度范围内，唯一变化的变量是增益 DAC 和零 DAC。所有其他增益和失调电压模块保持不变。在整个温度范围内使用增益 DAC 和失调电压 DAC 来生成查找表。查找表的最大长度为 17 点。在许多情况下，温度校准仅在三个温度下进行。对于在三个温度下进行的校准，可以使用多项式插值方法来估算查找表中其他温度下的增益 DAC 和零 DAC。PGA309 会在查找表中的点之间套用线性增益和失调电压调整与温度间的关系，所以使用插值方法来填充查找表中的全部 17 个点通常可以提高精度。