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混合信号传感器信号调理器（SSC）的两步校准技术解析
1. 传感器信号链中的挑战
传感器的原始输出通常伴随着多种非理想性：
- 偏移误差（Offset）：零位输出不为零。
- 增益/灵敏度误差（Gain/Sensitivity）：斜率与理想值不符。
- 非线性误差（Non-linearity）：输出不随输入物理量呈严格线性比例。
此外，信号调理器（SSC）内部的**仪表放大器（PGA）和数模转换器（DAC）**也会引入额外的漂移。这些误差相互叠加，使系统难以直接满足工业级精度要求。
2. 混合信号调理器的架构
混合信号调理器结合了模拟的灵活性与数字的精确性，其典型信号路径如下：
- 模拟前端 (AFE)：放大传感器信号（PGA）。
- 数字化 (ADC)：将放大后的信号转换为数字流。
- 数字补偿 (DSP)：利用校准系数进行数学运算，消除误差。
- 输出级 (DAC/Digital Interface)：转换为模拟电压/电流输出或直接数字输出（I2C/SPI）。
3. 核心方案：两步校准过程 (Two-Step Calibration)
为了彻底消除信号链各阶段的误差，通常采用“分而治之”的两步校准法。
3.1 第一步：后端电路（DAC）校准
目的：消除从数字域转换回模拟域时产生的误差（DAC 偏置和增益误差）。
- 操作：通过数字接口向 DAC 写入已知代码，测量其物理输出。
- 算法：利用线性回归（曲线拟合）建立数字输入与模拟输出的映射关系。
- 意义：这一步确保了无论 DSP 输出什么数字，最终的模拟端都能精确呈现，为后续的前端校准打下“度量衡”基础。
3.2 第二步：前端电路（传感器+ADC）校准
目的：补偿传感器自身的非理想性以及 PGA 的增益误差。
- 操作：对传感器施加已知的物理激励（如标准压力、温度），读取 ADC 转换后的数字代码。
- 算法：将 ADC 输出值与已知的物理输入值进行多点拟合。
- 结果：计算出用于补偿的二元二次或三元二次方程系数。
4. 多点校准与温度补偿：3P3T 模型
工业应用中，误差往往是温度的函数。最常用的策略是 3P3T 模型（3 个压力点，3 个温度点）：
- 测量点：在 下分别测量 量程。
- 数据矩阵：共收集 9 组原始数据。
- 计算与存储：计算出系数后，将其存储在调理器内部的 EEPROM 中。在运行时，DSP 根据当前的温度传感器读数，动态应用系数进行实时修正。
5. 结论
通过两步校准过程，混合信号传感器调理器能够有效地“抹平”硬件缺陷。这种方法不仅显著提高了测量精度，还降低了对传感器生产一致性的严苛要求，从而降低了系统总成本。
对于追求极高性能的应用，采用具备零漂移（Zero-Drift）技术的前端和高分辨率的 ADC 将使校准后的系统稳定性达到极致。
混合信号传感器信号调理器（SSC）的两步校准技术解析
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