基于TLC4502和MAX111的数据采集系统自校准技术

　　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的功能可以由模拟开关来实现。不过，采用带自校准功能模块的Ａ／Ｄ转换器无疑将更方便、更简洁。美国ＭＡＸＩＭ公司的ＭＡＸ１１０／１１１就

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