用MAX1457实现对硅压阻式加速度计的温度补偿

　　压阻式加速度传感器是采用压硅半导体材料的压阻效应原理工作的,由于其有很多优点,因而发展很快。但是温度误差却是这类传感器一个需要解决的问题。传感器的温度误差包括热零点漂移和热灵敏度漂移,其产生的原因主要是由于硅半导体材料的压阻系数随温度变化而引起电桥电阻的变化,从而使电桥的输出电压随温度而发生变化。

　　对于热零点的温度漂移的补偿一般采用串、并联电阻的方法进行;而对热灵敏度漂移的补偿则一般采用热敏电阻网络和恒压或恒流源供电以及利用解算电路进行温度补偿等,补偿起来都很繁琐。针对这一问题结合所研制的加速度计的使用要求,一方面实现温度高稳定性要求,另一方面需保证零偏(因为该传感器有直流响应,要求其零位最小到零,所以称为零偏)在全温区-40℃~60℃输出小于0.02g,除了通过保证安装面绝对水平外,还需要通过软件调整(后续还要介绍)来保证零偏输出。选用MAX1457可以解决这两个问题,并简化补偿过程,省去了选用补偿电阻的麻烦,保证了全温区范围内的零偏输出符合要求。

　　1　MAX1457的基本功能和补偿原理

　　MAX1457是一个高集成模拟传感器信号处理器。它主要由一个可编程放大器、一个可编程电流源、

5个16位D/A转换器、1个12位A/D转换器和1个差动放大器5部分组成,如图1所示。

　　我们利用其中的可编程恒流源给传感器电桥供电。当温度发生变化时,电桥电阻的阻值会发生变化,从而导致电桥输出电压的变化。不同温度下对应不同的桥压,桥压经MAX1457内部的A/D转换器转化对应的数字值。将数字值做适当的变换后可以将电阻随温度的变化与δ矢量表的地址建立对应的关系,根据桥压受温度变化的大小,通过片内的D/A转换器调整可编程电流源给传感器提供的激励电流,实现对传感器热灵敏度漂移的补偿。对传感器的热零点漂移的补偿是通过作用于可编程放大器以调节零偏输出来实现的。

　　2　补偿方法

　　利用MAX1457对硅压阻式加速度计进行温度补偿,首先要测试加速度计在0g和1g时,在不同温度下电桥电阻的阻值,计算出常温下加速度计的零偏输出α(期望值)、灵敏度γ(期望值)、各温度点时加速度计的零偏温度系数δ和灵敏度温度系数β,将它们存储在EEP-ROM中。EEPROM中分配了120个单元存放δ、β系数。MAX1457工作状态共有512个,在这些状态中分别读出参数, EEPROM空间的分配如表1所示。

　　适当设定ADCPGA,ADCOFFSET来调节δ和β的矢量表范围和矢量表起始地址。若α、γ系数设定不适当,直接影响零偏和灵敏度的温度性能的补偿效果。