简化数据采集系统校准任务的新型模拟开关

数据采集系统中，前端模拟通道的各个部件——传感器、信号调理电路和模/数转换系统等都会在不同程度上给测量结果带来误差，而且该误差会随着温度、时间而漂移。传感器和信号调理电路的误差及其漂移问题受到了广泛的重视，并发展了多种技术对其进行校准和补偿。例如压力传感器经过补偿后的输出精度可达0.1%或更高。但是对于通道的最后一个环节——模/数转换器所带来的误差却常常被忽视。 线性系统的误差分为零点(失调)误差、增益(满度)误差和非线性误差三种类型。模/数转换器ADC通常都具有优异的线性度，例如常见的12位模/数转换器AD574，非线性误差(INL和DNL)在1LSB以内。但是其零点和增益的误差却不理想，典型的12位模/数转换器这两种误差会高达10LSB，这对于要求0.1%精度的数据采集系统来说是难以接受的。当然，可以采用微调电位器的方法来修正这两种误差，也可以考虑采用高分辨率的转换器。但前者增加了线路调整的复杂性，后者增加了产品的成本。

另外一个解决方案就是通过一个校准通道，用软件的方法对模/数转换器进行校准。但这需要至少两个高精度的标准信号。而采用分立方案很难获得超过0.1%精度的标准电压信号，问题还是没有解决。

Maxim公司带校准功能的模拟开关(“校准多路器”)MAX4539使这个问题得到了解决。这种新颖的模拟开关利用激光微调技术在内部集成了高精度的电阻分压网络，分压比精度高达0.002%(优于15位)，可为ADC提供进行零点校准和增益校准所需的高精度标准信号。芯片内部同时还集成了较低精度的分压网络，可用来对系统电源进行监测。这样在不增加任何其他硬件的情况下，可以很容易地实现系统自检、数据采集和系统校准。

MAX4539结构及工作模式

MAX4539的内部结构如图1所示。其主体部分是一个普通的低电压、8通道CMOS模拟开关。另外还有一个电阻分压网络，分压网络将外部输入的基准电压或电源电压分压后经过选择开关送往多路器输出端。译码电路将控制信号及地址信号译码后控制内部开关，实现输入通道选择或工作模式切换。

MAX4539具有测量、自检和校准三种工作模式，不同工作模式可通过控制引脚CAL和地址引脚A0~A2进行选择，另外还具有使能控制和状态锁存，与CPU接口非常简单。工作模式及输入通道的选择参见真值表。

当CAL无效(低电平)时器件工作在测量模式，相当于一个普通的低电压、8选1模拟开关，通过地址A0~A2选择输入通道。当CAL有效(高电平)时，芯片进入自检及自校准模式，通过A0~A2可选择不同的校准或自检功能。A2A1A0=101选择增益校准模式，输出电压为VCOM=4081/4096(VREFHI-VREFLO)±0.0024%，其中的VREFHI、VREFLO分别为输入REFHI和REFLO引脚的电压，一般为模/数转换器所采用的基准电压。对于理想A/D，该电压转换后的结果应为4081，根据实际转换结果与此值的偏差就可计算出A/D的增益误差;A2A1A0=110时进行零点校准，输出VCOM=15/4096(VREFHI-VREFLO)±0.0024%，根据实际转换结果与15之偏差计算出A/D的零点误差;A2A1A0=000或011时进行系统自检，内部分压网络采样电源电压并送给A/D进行检测，采样值分别为：VCOM=1/2(V+)±0.4%或5/8(V+- V-)±0.4%。另外还可以选择将REFHI、REFLO或GND端的电压送交A/D进行检测。