ADC芯片的校准

本文介绍了一种使用Python进行ADC(模拟数字转换器)与DAC(数字模拟转换器)校准的方法,通过对比ADC测量数据与高精度万用表数据,利用一元线性回归求得斜率和截距,实现对ads8689 ADC芯片的精确校准,显著提高了测量精度。

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有些DAC芯片中有校准用的寄存器(offset、gain),比如AD5764,而有些ADC芯片则没有,比如ads8689,那么就需要进行人为校准了。其实ads8689的线性度还是非常好的。
校准的时候需要ADC芯片对DAC芯片的输出进行测量,并将反馈结果记录在表中。通过excel中的折线图也可以对比看它们的线性度,之后利用python或者其他语言进行一元线性回归,即可求出k和b的值。
在这里插入图片描述
adc列是未校准的测量数据,meter列是高精度万用表的测量数据(以此为准),dac列则是校准过offset与gain寄存器的输出电压,现在通过python就可以很快的求出斜率跟截距了。公式就是最小二乘法。

import pandas as pd
import os
X = []
Y = []

def get_data(file_name):
    global X, Y
    data = pd.read_csv(file_name)
    X = data['adc'].values
    Y = data['meter'].values

if __name__ == '__main__':
    proj_path = os.path.abspath(os.path.dirname(os.path.dirname(__file__)))     # 获取上级路径,这里根据个人需求自行修改
    file_path = proj_path + r'\Fluke8845A_V1\dist\LCC1_Volt_Test Thu Sep  3 10_34_49 2020.csv'
    get_data(file_path)
    Xsum = 0.0
    X_2sum = 0.0
    Ysum = 0.0
    XY = 0.0
    n = len(X)
    for i in range(n):
        Xsum += X[i]
        Ysum += Y[i]
        XY += X[i] * Y[i]
        X_2sum += X[i]**2
    k = (Xsum * Ysum / n - XY) / (Xsum**2 / n - X_2sum)
    b = (Ysum - k * Xsum) / n
    print('y = %f*x + (%f)' % (k, b))

最后将k与b带入到adc芯片的测量函数中就行了。

float ADS8689_Analog_Digital(void)
{
	static uint16_t temp;
	static double x;
	const float w = 3.0;
	if (mutex == 0)
	{
		memset(receive, 0, sizeof(receive));
		VOLT_OR_TEMP = 1;
		CLK_SysTickDelay(100);
		ADS8689_ReadWrite(ADS8689_NOP, 0x00, 0x0000);
		ADS8689_ReadWrite(ADS8689_NOP, 0x00, 0x0000);
		temp = ((uint16_t)receive[0] << 8) + receive[1];
		x = (float)((((temp - 32768) * range) * reference_voltage) / 65536);
		x *= w;
		if (PD10 == 1)	// channel A
		{
			x = ((x * 0.999232) - 0.000520363);
		}
		else 
		{
			x = ((x * 0.999240) - 0.000354834);
		}
		VOLT_OR_TEMP = 0;
		mutex = 1;
	}
	return x;
}

在这里插入图片描述
最后可以看到,校准后adc与meter之间的误差是很小的,比未校准之前效果好了很多。(这里单位都是mv)

<think>我们正在处理关于ADC偏移校准的问题。用户希望了解ADC偏移校准的过程和实现方法。根据引用[1],我们得知在特定模式下,ADC偏移校准使用内部生成的0V信号进行。校准在用户编程的ADC设置下执行,需要2-3个ADC转换周期才能得到稳定的校准结果。校准结果会自动写入ADC数据寄存器,然后用户需要将结果传输到特定的偏移校准寄存器(如ADCxOF)。设备复位后,该寄存器会重新加载出厂校准值。因此,我们可以将ADC偏移校准的步骤总结如下:1.配置ADC:设置ADC的工作参数(如采样率、分辨率等)。2.启动偏移校准模式:通过设置相关寄存器(如ADCMDE=0x4,根据引用[1]中提到的模式,但注意引用[1]中提到了两种模式:偏移校准和自增益校准,其中偏移校准模式可能是通过特定命令值启动)。3.等待校准完成:需要2-3个ADC转换周期。在此期间,ADC会进行内部校准操作。4.读取校准结果:校准结果会自动写入ADC数据寄存器。5.将校准结果写入偏移校准寄存器(如ADCxOF):用户需要手动将ADC数据寄存器中的值传输到偏移校准寄存器,以便后续转换使用这个偏移值进行补偿。6.注意:设备复位后,偏移校准寄存器会被重置为出厂校准值,因此如果用户进行了校准,需要在每次复位后重新校准(除非将校准值存储到非易失存储器中,并在复位后重新加载)。另外,引用[2]提到由于天线布局、射频延迟等不完美因素,需要进行校准以补偿距离估计中的偏差以及接收通道增益和相位的不完美。这虽然是在雷达背景下,但也说明了校准的重要性。关于实现,具体的寄存器操作和步骤会因ADC型号和微控制器平台而异。用户需要参考具体芯片的数据手册。下面我们提供一个示例性的步骤和代码框架(假设基于某个微控制器):</think>### ADC偏移校准过程与实现 ADC偏移校准是消除模数转换器零点误差的关键步骤,其核心原理是通过测量内部零电压输入时的输出偏差,并以此补偿后续转换结果。以下是详细过程和实现方法: #### 校准原理 偏移误差表现为输入电压为0时ADC输出非零值,数学表示为: $$ V_{out} = V_{in} + V_{offset} $$ 校准目标是通过测量$V_{offset}$并修正输出: $$ V_{corrected} = V_{raw} - V_{offset} $$ #### 校准步骤(基于引用[1]) 1. **使能校准模式** 配置ADC控制寄存器(如ADCMDE=0x4),激活内部0V信号源作为输入。 2. **执行校准转换** 启动2-3次ADC转换周期(具体取决于器件),确保结果稳定: ```c start_calibration(); // 触发校准 while(!conversion_done()); // 等待转换完成(约2-3个周期) ``` 3. **获取校准值** 从ADC数据寄存器读取偏移量$V_{offset}$: ```c uint16_t offset = read_adc_data_reg(); ``` 4. **写入校准寄存器** 将偏移值写入专用校准寄存器(如ADCxOF): ```c write_reg(ADCxOF, offset); // 存储校准值 ``` 5. **应用补偿** 后续转换中自动执行补偿: $$ V_{actual} = V_{raw} - \text{ADCxOF} $$ #### 关键注意事项 1. **复位处理** 器件复位后,ADCxOF自动加载**出厂校准值**(非用户校准值),需重新执行校准[^1]。 2. **校准条件** - 必须在实际工作参数下校准(采样率/参考电压等)[^1] - 温度变化超过阈值时需重新校准 3. **硬件关联性** 如引用[2][3]指出,在雷达等系统中需结合接收通道增益/相位校准共同实现精确测量。 #### 实现示例(C代码框架) ```c void adc_offset_calibrate(ADC_TypeDef *adc) { // 1. 配置校准模式 adc->CTRL |= CAL_EN | VREF_ZERO; // 使能0V校准模式 // 2. 启动校准并等待 adc->START = 1; while(!(adc->STATUS & CONV_DONE)); // 等待转换完成 // 3. 读取并存储校准值 uint16_t offset = adc->DATA; adc->OF_REG = offset; // 写入偏移校准寄存器 // 4. 恢复正常模式 adc->CTRL &= ~CAL_EN; } ``` > **应用场景**:如引用[4]所述,在雷达信号处理中,偏移校准是数据采集前的必要步骤,直接影响距离估计精度[^2][^3]。
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