アプリケーションノート 4022

MAX1452非直線性補正アプリケーション回路

筆者: Youssof Fathi

要約: MAX1452は、幅広い支持を得て様々な産業および車載アプリケーションに使用されている高性能アナログ信号コンディショナです。一部のアプリケーションでは、センサ出力の非直線性補正が極めて重要な要件になります。MAX1452では、非直線性補正は実装されていませんが、単にアプリケーション回路に3個の抵抗を追加することによって達成可能です。このアプリケーションノートでは、そうした回路を提示するとともに、その有効性の裏付けとなるデータを提供します。

はじめに

非直線性の出力を伴うセンサアプリケーション(湿度センサなど)では、信号コンディショナがセンサ出力の非直線性を補正できることが重要です。このアプリケーションノートでは、フラッシュメモリ内蔵、温度センサ内蔵、および完全アナログの信号経路を備えた、一般的な低コストかつ高性能な信号コンディショナであるMAX1452を使用して、センサ出力の非直線性を補正する方法を説明します。MAX1452には、非直線性補正機能は実装されていませんが、アプリケーション回路に3個の抵抗を追加した非常に簡単な外付け回路によって実現できます。このアプローチはMAX1452をブリッジ駆動モードで使用する場合にのみ可能であり、MAX1455では使用できない点に注意してください。MAX1455ではブリッジ駆動モードが不可能であるためです。

Figure 1. Basic nonlinearity-correction circuit.
図1. 基本的な非直線性補正回路

非直線性補正回路の実現

図1に、MAX1452で非直線性補正を実現するために必要な回路を示します。このリニアライジング回路の動作原理は、OUT端子からの増幅された出力電圧によって、センサブリッジへの励起電圧を調節するというものです。センサ出力の増大とともにOUTが上昇すると、ブリッジの励起がわずかに増大し、非直線性の伝達関数ができます。

ブリッジ抵抗を公称4.7kΩにするため、RF = 18kΩおよびRS = 1.8kΩという値を選択しました。ROFを追加して、アプリケーションの全範囲にわたってブリッジ出力を正の値にシフトしています。フィードバック回路の伝達関数に基づいて、ブリッジの差動出力が常に正であること(INP - INM > 0)を保証するためにROFが必要になります。

このアプリケーションノートで提示している回路例およびセンサでは、各種パラメータを次のように設定しました。BDR電圧(FSO DACで設定した電圧の直接的な出力)は公称3.6Vに設定しています。BDR電圧はRSとセンサブリッジ間で分割されるため、これによって約2.6Vのブリッジ駆動電圧が生成されます。このアプリケーションでは、PGA利得は、差動ブリッジ出力0~100%に対してOUT端子が0.5V~4.5Vをスイングするように、システムに十分な利得が生じるように設定します。これらの値は、アプリケーションによって要求される特定のブリッジオフセット、ブリッジ感度、および出力範囲に適するように調整できます。

結果のまとめ

この実験で使用したセンサは、リニア出力を備えたものでした。そのため、上記の回路をリニア入力(MAX1452への入力)に適用すると、図2に示すように出力は非リニアになります。図2は、RFの抵抗値を変えることによって出力信号の直線性にどのような影響が現れるかを示しています。このグラフで、Baselineの曲線はフィードバック抵抗なし(RF = オープン)での出力を示しており、非直線性補正を行っていない状態です。RFが装着されている場合は、RFの値を小さくするほどフィードバック抵抗からの寄与が大きくなります。アプリケーションではブリッジの出力が非リニアであり、この回路からの寄与によって出力が直線化されます。この回路は負の非直線性だけを補正することに注意してください。この回路に起因する発振その他の異常は観測されませんでした。

Figure 2. This graph illustrates how changing the value of the RF resistor affects the linearity of the output signal.
図2. このグラフは、RFの抵抗値を変えることによって出力信号の直線性にどのような影響が現れるかを示しています。

参考文献:
MAX1452のデータシート
MAX1452のユーザマニュアル
MAX1452のEVKit用ソフトウェア