使用DS1863/DS1865的内部校准和右移位增强ADC性能

图2. 无右移(B)与右移(C)的比较

图2中，三条曲线以相同的y轴坐标并排排列。这样，对于输入信号上的某个特定点(图A)，通过一条通过该点及各传递函数的水平直线，可粗略地估计出数字输出。再回到本例的0到0.5V输入信号，0.5V输入由一条穿过三条曲线的水平粗线标出，比较图B与C即可看出右移位的好处。当ADC的输入范围远大于输入信号范围时，大量的量化台阶将被浪费掉(见图 B)。8192个数值中只使用了1638个；图B中剩余的80%码字被浪费掉。与之相对比，图C则显示，通过在内部校准到一个较小的满量程电压，再使用右移位之后，精密度提高了。现在可用8192个数字码中的6554个码来对输入信号进行量化。而且，在右移位之后，所需的LSB仍保持不变。右移位操作对用户透明。通过观察这两条曲线上的输出近似为同一数值即可验证这一点。

确定需要的右移位数

某一应用可以使用的右移位数取决于满量程电压(内部校准)，以及给定输入信号所用到的数字编码百分比。如果已知输入信号的最大电压(以及满量程电压)，则可计算出理想的数字输出码。否则，将要求在进行工程估值以确定数字输出范围时采用一种所谓的“传递”方法，并由此而得出理想的右移位数。以下对这种“传递”法加以详细说明。

将右移位数设为0。

执行内部校准以获得所需的LSB ，这将确定起始满量程电压。(这个过程将在这篇应用笔记的后面讨论。)

施加最小及最大输入信号并读取相应的数字输出以确定所使用的范围。

确定所使用的ADC动态范围百分比。如果读数超出7FFFh ，则不能使用右移位(0右移位)。如果读数小于7FFFh ，则至少可使用1 次右移位。如果读数小于3FFFh， 则可使用2次右移位，依此类推。表1中总结了这些数据。


为补偿右移位所引入的除数，必须在模拟域中增加增益以保持所需的LSB量值不变。可通过使用下述公式计算新的满量程电压来增加增益：
新的满量程电压=原来的满量程电压 / 2右移位数

所以，如果步骤2的内部校准得到2.0V的满量程电压，并且数字读数大于1FFFh但绝不超过3FFFh，此时2个右移位是比较理想的选择。对于此例，新的满量程电压为2.0V/22 = 0.5V。

内部校准该通道为新的满量程电压。

将右移位数设置为新值。

一旦估算出理想右移位数及针对特定应用的满量程电压，则只需用步骤1、6及7进行校准。

内部校准和右移位寄存器

DS1863/DS1865器件内负责保存各模拟通道内部校准及右移位参数的寄存器列于表2。同时列出了每个MON通道以及VCC通道设置的寄存器地址。VCC通道不在本应用笔记讨论之列，但为完整性起见将其一并列于表中。量化结果的存放地址也列于表中，以表明其相对位置。请注意，增益、偏移及右移位寄存器位于存储表02h中(请不要将其与本应用笔记中的表2混淆)。存储表02h的选择是通过将02h写入位于存储器低半区，寄存器7Fh中的表选择字节来完成。


增益寄存器

增益寄存器为一个2字节值，它通过调整输入开关电容网络来确定某一特定被监视通道的增益/衰减量。这个增益寄存器使得用户能将满量程电压校准为介于~250mV至6.5536V之间的任何期望值。由于工艺处理的差异和终端应用中的不同需求，这个寄存器必须被校准。此校准步骤以及确定要写入增益寄存器的值的步骤列于如何实现内部校准部分。

注意：当校准DS1863/DS1865时，了解偏移量和右移位寄存器的值是非常重要的。否则，如果这些值非0并且未补偿的话，器件将不会被校准成需要的结果。

偏移寄存器

偏移寄存器是一个2字节值，它确定对每一被监视输入信号所施加的数字偏移量。DS1863/DS1865的偏移是转换值的简单数字增加或减少。因此在增益被校准成所需值后(且在右移位以前)，可通过可编程偏移抵消任何失调误差或转移动态范围。

偏移校准可通过先确定应从转换值中增加或减去多少个数来计算。典型的一种做法是先施加零输入(如关掉激光源)，然后再读出转换值，而这正是您应从所有转换值中减去的值。

可通过在式1中代入所需的偏移数来计算需要写入到偏移寄存器的值：

例1：如果输入电压的参考不是地而是某一基准，那么要将这个基准从测量结果中减掉。假设将该基准加到MON输入上，得到的读数是200 (C8h)。你可以使用偏移寄存器从模数转换器中减去200 (C8h)来将其清零。利用下式来确定写入寄存器的值：

请记住，在此情况下将执行减法运算，这样满量程数FFF8h也将减少C8h ，新的满量程数为FF30h。

例2：假设你想在读数中增加200个计数。这个结果在下列的等式中：

为计算新的满量程数，您或许会尝试将FFF8h加上C8h。 但FFF8h已是最大可能读数，因此满量程数仍将保持为FFF8h。较低的数将不再是00h，而是C8h，因为已将这个偏移加到所有的读数上。

例3：计算0偏移时的偏移值：

这也是出厂默认的偏移寄存器设置。

右移位寄存器

右移位寄存器位于表02h，寄存器8Eh-8Fh。由于MON1到MON4可执行多达7次右移位，所以对于每一MON输入均需使用3位。MON1和MON2的设置位于表02h，寄存器8Eh中，同时MON3和MON4的设置位于表02h，寄存器8Fh中。请参考数据资料(或上面的表1)中存储器分布图中的数位位置。EEPROM寄存器的出厂默认值为00h，禁止右移位。

为了进一步阐明右移位的结果，图3给出了几个右移后的MON量化值例子。