原创 ADC的校准

ADC的校准，包括对ADC的特性修正和对显示值的调整。
一、没有PGA时：
没有PGA，是指在整个模拟范围内不换档。此时，对ADC及整个模拟系统的“校准”，应该包括“适配”和“修正”。
1、模拟系统的“适配”：
模拟系统的“适配”，包括“零点偏置”和“增益补偿”。
1）“零点偏置”，是将传感器的“零点”与“显示值的零点”进行“对准”。先测量这两个“零点”之间的差值，再通过“加”或“减”运算得到结果。运放的offset，模拟开关的通路电阻Rds（on），A/D的offset等，都会引起“零点”的失准和变动（漂移）。
最好是系统自带“零点偏置”调整功能，并定期自动进行“零点偏置”调整操作。比如，根据具体情况，将传感器输入“接地”或“开路”或“失效”，将实测值作为“零点偏置”值使用。
2）“增益补偿”，主要是指对ADC的量化误差、INL以及放大电路的增益误差进行调整。还有，ADC满刻度值与传感器灵敏度的不配套，参考值或者电源幅值的变动等等，也需要进行增益调整。进行“增益补偿”调整，主要是进行“乘法”或“除法”运算，将系统增益调整到标准值。
为了对模拟系统进行“适配”，我采用的办法，就是在产品检验之前，使用标准器，进行系统“适配”一揽子调整。将结果入ROM，持续使用。在用户使用过程中，依然可以进行这种校准操作。
2、模拟系统的“修正”：
对模拟系统线性的修正，主要是指对其特性的“非线性”进行修正。比如A/D的DNL，Analog switch的Rflate（on）等，就需要通过“修正”得到改善，以便更加“线性”。
对于模拟系统“非线性”的修正，我的办法是设定一个“参考点”，若干个“修正点”，一个“修正量”。再构造一个“修正表”，该表中的数据项由两位二进制数据构成，每项数据代表各修正点的修正情况，“0”表示该点不进行修正，“1”表示该点要进行“加”修正，“2”表示该点要进行“减”修正。此种修正方法的要点是确定合理的修正“参考点”及恰当的“修正量”。当然，最主要的是修正办法。我用的是“线性插补”方法的一种，综合了数控机床的“直线插补”以及“显示器画线”技术。
当然，影响结果非线性的各种特征中，有些特征并非是由器件特性的非线性引起的，比如干扰，ADC采样过程不优化等因素，也会引起结果的非线性。对于这种情况，采用“软件滤波”是一种行之有效的办法。
二、有PGA时：
如果使用了PGA功能或使用了类似的增益切换技术，除了要进行上面所述的“校准”之外，还要注意由于使用“换档”技术对系统“零点”及“增益”所带来的附加影响。比如，放大倍数由8改为2时，可能实际的结果不是增益正好除以4，就是说，PGA有增益误差存在。
为了解决由此带来的问题，我采取的办法是，对每个放大倍数值（比如2、4、8等）各自分别设定上换档（增益变大）值及下换档（增益变小）值。这两个换档值之间要有合适的差值，以避免引起换档“振荡”。无论是“上换档”还是“下换档”，每个档位的校准值都由增益误差引起的“零点偏置值”和“增益补偿值”组成。该“零点偏置值”是为了补偿由增益误差在换档点引起的采样值的突变，而该“增益补偿值”是为了补偿由增益误差引起的新档位内的增益与老档位内的增益之间的偏差所带来的影响。
__________________