개요: MAX1464는 내부 16비트 아날로그-디지털 컨버터를 사용하여 아날로그 입력 신호를 디지털 값으로 변환하는 고성능, 멀티채널, 신호 컨디셔너이다. 변환 분해능을 극대화하려면 오프셋을 입력 신호로부터 제거한 다음 아날로그-디지털 컨버터의 선형 범위를 초과하지 않으면서 증폭시켜야 한다. 이 애플리케이션 노트에서는 이러한 작업을 효율적으로 수행하기 위한 절차에 대해 설명하고 플로우차트를 제공한다.
MAX1464의 변환 분해능 극대화
MAX1464는 온 칩 플래시 메모리와 온도 센서가 내장된 저가의 고성능, 저전력, 멀티채널, 마이크로프로세서 기반 디지털 센서 신호 컨디셔너이다. 신호 경로의 핵심에는 아날로그 입력 신호를 내부 마이크로프로세서에서 처리할 수 있는 디지털 값으로 변환해주는 16비트 아날로그-디지털 컨버터(ADC)가 있다. 변환 분해능을 극대화하려면 초기 오프셋 DAC (CO)를 사용하여 입력 신호를 오프셋으로부터 제거한 다음 ADC의 선형 범위를 초과하지 않으면서 프로그래밍 가능 이득 증폭기 (PGA) 인덱스를 가능한 최대 값으로 설정하여 증폭시켜야 한다. 입력 신호의 초기 오프셋 (coarse-offset) 인덱스는 디지털화된 값이 미드 스케일 센서 여기에서 0x0000(hex)에 가능한 가깝도록 설정해야 한다. 다음으로 PGA 인덱스는 디지털화된 값이 최소 및 최대 여기 레벨에서 ADC 범위의 ±85%에 가능한 가깝도록 설정해야 한다.
CO 및 PGA 설정의 제한된 분해능으로 인해 이 단계에서는 초기 PGA 및 입력 신호의 오프셋 조정만 가능하다. 출력 신호에 대한 최종적인 가장 정확한 설정 조정은 일반적으로 보상 알고리즘에서 센서 오차, 소자 간 편차, 애플리케이션 회로의 부품 간 편차 및 기타 나머지 모든 오차를 종합하여 교정하는 최종 캘리브레이션 과정 중에 수행된다. 보통 생산 라인에서는 적합한 값을 갖는 센서와 함께 동일한 CO 및 PGA 설정을 사용할 수 있으므로 각각의 개별적인 센서에 대한 CO 및 PGA 설정을 결정할 필요는 없다.
MAX1464 신호 컨디셔너에서 CO와 PGA 인덱스는 모두 채널 1, 채널 2 및 채널 T (온도 센서) 입력에 대해 독립적으로 설정된다. 각 채널에서 PGA 인덱스는 구성 레지스터에서 5비트(17개의 가능한 설정)를 사용하여 설정되고 CO 인덱스는 4비트(1개의 사인 비트 포함, 16개의 가능한 설정)를 사용하여 설정된다. 그림 1의 플로우차트는 알 수 없는 특성의 센서에 대한 최적의 초기 오프셋과 이득 설정을 찾는 절차를 보여준다. 상세한 정의 및 구성 레지스터의 설정 방법에 대해서는 MAX1464 데이터 시트를 참조한다.
예제
이 예에서 CO 및 PGA 인덱스는 10mV/V의 감도와 -12mV/V의 오프셋을 갖는 센서를 사용하여 전원 전압이 5V일 때 0.5V ~ 4.5V의 원하는 보상 출력을 기준으로 결정된다. 따라서 센서 오프셋은 5V * (-12mV/V) = - 60mV이고 센서 구간은 전체 여기에서 50mV이다. 마찬가지로 -FSO (Full-Scale Output) = -85mV 및 +FSO = -35mV이다. 플로우차트를 따라가 보면 PGA 이득 설정은 PGAn[4:0] = 10000b (이득 = 123)이고 초기 오프셋 교정 설정은 Con[3:0] = 1010b (+57mV RTI - 기준 입력)이다. ADC에 대한 초기 교정된 -FS 입력은 (-85mV + 57mV) * 123 = -3.690V이다. ADC에 대한 +FS 입력은 (-35mV + 57mV) * 123 = + 2.460V이다. ADC의 입력 범위는 ±VDD이다. 따라서 디지털화된 센서 신호는 -FS = -3.690/5 = -0.738 및 +FS = +2.460/5 = +0.492가 된다.
브리지는 VDD로 곱하고 ADC는 VDD로 나눈다는 점에 주의한다. 따라서 시스템은 VDD의 DC 값에 비율 계량되며 이 값의 영향을 받지 않는다. ADC 출력은 입력값이 ±VDD를 초과할 때 ±1.0으로 자른다.
그림 1. MAX1464 신호 컨디셔너를 사용하여 센서 신호를 보상하기 위해 최적의 초기 오프셋 및 PGA 설정을 결정하는 절차
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