新型微型传感器在医疗仪中的应用解决方案

6、现代校正-补偿技术

由于SPRT的误差幅度范围很宽，因而必须要用通过现代与简化补偿法来校准。目前现代校正-补偿技术是采用MAX145新型信号调理芯片与SPRT的组合，即成智能传感器与技术。

用一片信号调理MAXl457 IC以驱动呼吸监视仪的硅压阻式传感器(SPRT)，并校正传感器的误差。MAXl457它带一个用于驱动传感器的受控电流源和一个用以采样传感器桥路电压的ADC(模数转换器)。

MAXl457还包括一个可编程增益放大器(PGA)，用于放大传感器的差分输出；以及5个数DAC(数模转换器)，用于校正各种不同的传感器误差。由于传感器输出的是微弱信号，PGA的输出电压还不足以驱动ADC。为此，MAXl457的内置运放可用来提升PGA的输出至合适的电平。

由于桥路电压随温度而上升，这种温度相关性可以用来补偿满偏输出(FSO- Full SPAN output)的温度误差。对于恒流源激励电桥，满偏输出(FSO)随着温度上升而下降，造成了满偏输出的温度相关误差(FSOTC)。然而，如果使桥路电压随着温度以一定的速率上升，恰好补偿掉满偏灵敏度随温度的下降，则满偏输出(FSO)将保持恒定。

6.1MAXl457如何利用这种方法校正温度引起的满偏输出(FSO)误差(见图4所示)。



首先，由ADC对桥路电压进行量化，根据量化结果，找出一个预先计开算好的四种校正系数(己保存于EEPROM内)送人FSOTC DAC。然后DAC输出电压对桥路激励电流进行调整，调整后的激励电流改变了桥路电压，从而补偿了特定温度下，因传感器的灵敏度改变造成的满偏输出(FSO)误差。为实现平滑校正，桥路电压被用作FSOTC DAC的参考输入，在相邻两个数字补偿点(由ADC提供给EEPROM)之间进行模拟补偿。同样的方法被用于补偿失调的温度漂移(OFFSETTC)，所不同的是，OFFSETTC DAC的输出电压被馈人PGA输出端的求和节点(而不是MAX1457的电流源)。

6.2对上述四种温度校正系数的计算步骤的说明

首先，将传感器和MAXl457置于最低温度获取不同压力下的传感器数据，然后，再将传感器和MAXl457置于最高温度下获取不同压力下的传感器数据。利用这些极限温度点的数据，专为MAXl457设计的应用软件可计算出四种校正系数：满偏输出（FSO）、满偏输出的温度相关误差（FSOTC）、偏移-失调（Offset）、失调的温度偏移（OFFSETTC），这四种系数可以修正SPRT的一阶误差。

为获得0.1%的精度，MAXl457允许在特定温度进行补偿，只需对每个规定温度计算FSOTC和OFFSETTC由用户决定校准点的数量(最多至120点)。如果传感器误差具有良好的可重复性，此种SPRT与MAXl457组合可获得优于0.1％的精度。

MAXl457的补偿技术相对于图3所示的传统方法具有明显优势。MAXl457消除了补偿元件之间的相互影响，这得益于相互独立的失调和满度调整：失调在PGA输出端进行补偿,而FSO的修正通过电流源实现。另一个好处是，由于针对不同温度点进行特定修正，获得更高的精度成为可能。这种方法本质上优于采用外部电阻的方式，因为后者无法在特定温度点对传感器进行精确补偿。

由于MAX1457所提供的精度可远高于一个呼吸监视仪的要求，之所以选择它，主要是因为它内部还包含一个附加的运放，可以对呼吸监视仪传感器的低电平信号进行放大。由于MAX1457使监视仪可以工作在很宽的温度范围，应用SPRT和MAX1457组合可获得优异的精度，为此它能应用于空间探测及潜水呼吸器等领域。

7、实用的简化校正方案

正因为MAX1457所提供的精度可远高于一个呼吸监视仪的要求，所以没有必要采用16位分辨率的DAC进行校正。通常可采用MAX1450信号调理器的简化校补偿方案（见图5所示）。



7.1MAX1450信号调理器的功能本质与MAX1457相同，只是用电阻代替DAC来进行误差校正。

因MAX1450采用比MAX1457少得多的校准点，其精度为1%。通常被用于混合方案，该方案将MAX1450和激光微调电阻(图5所示的外接微调电阻)相结合提供了一种低成本的解决方案， 即用MAX1450信号调理器配合外部激光微调电阻可提供1%精度。调整图5中的RFSOA微调电阻用来设定初始(FSO)灵敏度，而失调温度漂移(OFFSETTC)的补偿是通过ROFFA和ROTCA微调电阻的调整来实现。

7.2MAX1450引脚功能的介绍：

A0程控放大器(PGA)增益设置最低位输入；A1程控放大器增益设置；A2程控放大器(PGA)增益设置最高位输入；SOTC程控放大器电流过流控制开关；SOFF程控放大器电源关；OFFTC温度偏移校正输入；OFFSET偏移输入；BBUF带缓冲电桥电压输出；FSOTRIM电桥驱动电流设置输入；OUT程控放大器输出电压；ISRC电流源基准；BDRIVE激励电流输出；INM传感器负信号输出；INP传感器正信号输出；VDD电源电压；VSS地。