1. 传感器信号调理器（SSC）的物理挑战#

传感器（如压力桥式电阻或热电偶）输出的电信号通常仅为毫伏级，且自带以下“缺陷”：

• 偏移误差（Offset）：零点不为零。
• 灵敏度误差（Sensitivity/Gain）：输出斜率随个体差异变化。
• 非线性（Non-linearity）：输出不随输入呈严格线性关系。
• 温度漂移：上述所有参数都会随温度变化。

2. 混合信号调理器架构#

混合信号集成电路（IC）结合了模拟的灵活性与数字的精确性。

典型信号链：

1. 前端 AFE：高输入阻抗仪表放大器（PGA）放大微弱信号。
2. 数字化：高分辨率 ADC。
3. 数字处理（DSP）：执行校准算法、线性化和温度补偿。
4. 输出级：通过 DAC 输出模拟信号（4-20mA 或 0-5V）或通过 输出数字量。

3. 误差源的分解：前端 vs. 后端#

在没有校准的情况下，信号链中的每一级都会贡献误差：

• 前端误差：包含传感器误差和 PGA 的输入偏移/增益误差。这些误差被 ADC 采样后进入数字域。
• 后端误差：源于 DAC 的积分非线性（INL）、微分非线性（DNL）以及输出缓冲器的偏移。

4. 核心：两步校准过程（Two-Step Calibration）#

为了彻底消除误差，必须采用“分而治之”的策略。

5. 多点温度补偿：3P3T 模型#

工业级应用要求在宽温度范围内保持精度。常用的模型是 3P3T（3个压力点，3个温度点）：

1. 在三个温度下（如 ）分别测量。
2. 在每个温度下，施加三个压力值（ 量程）。
3. 系数提取：共获得 9 组数据，用于生成一个二元二次方程：

这些系数（）将被存储在 IC 内部的 EEPROM 中。

6. 工程实施注意事项#

• 隔离测试：在校准后端时，必须能够断开或跳过前端数字滤波器的影响，以确保测量的纯净。
• 参考电压稳定性：校准精度高度依赖于基准电压源（VREF）。若 VREF 随温度漂移，校准效果将大打折扣。
• 自动化生产（ATE）：在大规模生产中，校准时间即成本。优化校准点数量与精度的平衡是关键。

7. 结论#

混合信号调理器通过数字域的强力干预，将原本复杂的模拟电路调试转化为了数学上的曲线拟合。采用两步校准法不仅能补偿传感器本身的制造偏差，还能抵消模拟信号链中的累积误差，是实现 0.1% 甚至更高系统级精度的行业标准方案。