内置温度传感器输出对VDD电压的依赖性，并描述了使其独立于VDD变化的过程

来源：analog 发布时间：2023-12-25

摘要： 本应用说明解释了内置温度传感器输出对VDD电压的依赖性，并描述了使其独立于VDD变化的过程。

MAX1463是一款高度集成、低功耗、双通道传感器信号处理器，专为工业和过程控制应用而优化，如压力传感、RTD和热电偶线性化、重量传感和带限位指示的远程过程监控。

MAX1463可容纳输出范围为1mV/V至1V/V的传感器。它包括两个16位输出dac，两个12位PWM输出，并支持4-20mA输出。它包含一个16位的CPU, 4K字节的程序和128字节的用户闪存。

MAX1463包括一个内部温度传感器，可用于校正温度相关信号或作为一个独立的温度计。对于供电电压(VDD)不能保持恒定的应用，温度传感器的电源抑制性能可能不够，应根据供电变化对其进行校正。本文档介绍了MAX1463内部温度传感器的拒接错误的处理步骤。

描述

MAX1463包括一个ADC，用于将各种输入转换为数字代码。ADC在转换温度传感器输出时使用内部1.25V带隙基准(V(BG))。对于任何其他转换，ADC参考值可以选择V(DD)作为与电源的转换比率，VREF引脚上的电压用于相对于外部电压的转换，或VBGx4(内部生成的“伪”5.0伏参考源)。

图1所示典型的温度传感器输出作为温度的函数。

在ADC参考电压ADCref是固定的，但允许VDD电压改变的情况下，任何ADC测试都将包含一个由VDD和ADC偏置的函数引起的误差。ADC的输出(作为其参考电压的一部分)包括与ADC参考电压成比例的ADC偏移量。在ADC的输入电压与VDD成比例且VDD被选为ADCref的应用中，ADC的输出将与VDD成比例。

在MAX1463中，当进行温度转换时，自动选择内部带隙电压V(BG) = 1.25V作为ADCref。因此，当执行温度转换时，ADCref总是固定的。因此，VDD电压与目标值的任何偏差都会导致ADC输出代码出现明显的电源抑制误差(图2、图3)。与VDD控制和ADCref选择以及MAX1463的电源抑制能力有关的情况可分为三类:

VDD =常量，ADCref =常量(内部或外部)
最好的情况。温度和输入信号转换都不需要电源抑制校正。
VDD = not constant, ADCref = VDD。

输入信号转换不需要电源抑制校正，因为ADC参考电压随VDD移动，ADC偏移的任何贡献都将相应地缩放。
但是，必须对温度传感器转换应用电源抑制校正。这是因为固定的V(BG)电压在内部被选择为ADCref。

VDD =不恒定，ADCref =恒定(内部或外部)
电源抑制校正必须应用于所有的ADC转换，不管输入源是什么。

图2 典型的温度传感器输出作为温度和电源电压的函数。

图3 典型的温度传感器输出作为电源电压的函数。

修正VDD变化

下面描述的过程适用于MAX1463已配置为ADCref = VDD并且VDD预计会改变的应用程序。在这种情况下，每次执行温度传感器检测时都必须进行校正。要应用的校正参考在补偿时确定的目标电压VDD(目标)。VDD(目标)通常为5V。

为了确定校正系数，在温度补偿之前必须执行一个简单的程序。这个过程只需要执行一次，它可以在任何温度下完成，因为温度对ADC转换的电源抑制的影响相对较小，如图4所示。对于非常高精度的应用，可能需要在每个温度下执行此程序。确定ADC电源抑制误差的校正因子的程序必须产生ADC代码的斜率，作为恒定温度下VDD的函数。

在此过程中，设备温度保持不变是非常重要的。

图4 典型的温度传感器转换误差作为电源电压和温度的函数。

确定校正系数

选择VDD作为ADC的参考电压。
将VDD设置为预期工作的目标电压。目标电压通常为5V。
启动VDD的ADC转换。
读取VDD, VDD(目标)的ADC代码。
设置VDD = 4.5V。
启动VDD的ADC转换。
读取VDD, VDD(4.5)的ADC代码。
启动温度传感器的ADC转换。
读取温度传感器输出的ADC代码，ADC(4.5)。
设置VDD = 5.5V。
启动VDD的ADC转换。
读取VDD, VDD(5.5)的ADC代码。
启动温度传感器的ADC转换。
读取温度传感器输出的ADC代码，ADC(5.5)。
计算ADC(斜率):

ADC(斜率)= (ADC (5.5) - ADC (4.5)) / (VDD低VDD(5.5) -(4.5))(代码/伏)

在补偿算法中应该使用ADC(斜率)和VDD(目标)值来校正所有未来的温度传感器值。

VDD变化的应用校正

在信号调节器正常工作期间，每次执行温度传感器检测时都必须应用校正公式。

选择温度传感器输出作为ADC的输入。
执行ADC操作，ADC(means)。
选择作为ADC输入的VDD。
执行VDD检查，VDD(meas)。
应用修正公式:

ADC(修正)= ADC(平均值)+ (ADC(斜率×)(VDD(目标)- VDD(平均值)))

ADC(校正)值表示当前温度传感器输出的ADC代码，如果VDD保持等于VDD(目标)，见图5。要对输入信号进行任何温度校正，必须使用ADC(校正)的值，而不是ADC(平均值)的值。

图5 应用了转换误差校正后的典型温度传感器输出。

对ADC输出执行电源抑制校正的要求所造成的开销约为18usec，这意味着每一次温度调整需要进行两次额外的减法操作和一次额外的乘法操作。此外，由于温度变化通常与输入信号变化和非常快的CPU周期相比非常缓慢，因此在大多数应用中，每100次输入信号转换读取一次温度就足够了。因此，开销将占整个周期时间的微不足道的一部分。