IC gleicht toleranzbehaftete Sensordaten an standardisierte Schnittstellenprotokolle an

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One-Shot-Kalibration senkt die Kalibrierkosten

Kalibrierkosten stellen einen nicht unerheblichen Anteil an den Kosten eines Sensormoduls dar. Somit war und ist es ein Ziel von ZMDI Produkte anzubieten, die dem Anwender die Möglichkeit geben diese Kosten zu senken, was mit dem Verfahren der One-Shot-Kalibration möglich ist.

Klassische Kalibrierverfahren von Sensormodulen basieren mehr oder weniger auf iterativen Prozeduren. In mehreren Schleifen wird mit unterschiedlichen Input-Stimuli und internen Einstellungen (Gain, Offset) der analoge Ausgang des Sensors vermessen und bis zu einer gewünschten Zielgenauigkeit abgeglichen, was einen zeitlich nur schwer kalkulierbaren Vorgang darstellt.

Digitale SSC-ICs, wie der ZMD31150, besitzen hier entscheidende Vorteile. Entsprechend der zu kalibrierenden Effekte werden nach einem determinierten Verfahren bei einer festen Anzahl von Input-Stimuli und Temperaturen ADC-Readouts ermittelt. Nach Erfassung aller notwendigen ACD-Readouts werden aus diesen mittels einer Kalibrier-DLL die Koeffizienten des Kalibrierpolynoms errechnet. Dieses kann online oder offline erfolgen. Ebenso ist es auch möglich, die Kalibrierkoeffizienten zu einem späteren Zeitpunkt zu berechnen, wenn feststeht, ob der Sensor beispielsweise für 10 bar oder 150 psi kalibriert werden soll.

Ein praxisgerechtes Kalibrierbeispiel

Das folgende Beispiel eines piezoresitiven Drucksensors verdeutlicht dieses. Der Sensor hat quadratische Temperaturfehler in Offset und Gain und weist ein nichtlineares Verhalten in der Isotherme auf. Kalibrierziel ist 1 bar = 10% und 9 bar = 90%.

Kalibrierdaten ermitteln:

• ADC-Readout bei Raumtemperatur bei 1 bar und 9 bar = Messpunkte 4 und 5,

Vermessen eines zusätzlichen Messpunkts aufgrund der Nichtlinearität z.B. 6 bar = Messpunkt 2,

• ADC-Readout bei das Temperaturverhalten repräsentierenden Messpunkten im Temperaturbereich bei 1 bar und 9 bar = TLOW : Messpunkte 1 und 3, TUPP: Messpunkte 6 und 7,
• ADC-Readout Temperatursensor bei jeder Temperatur = Messpunkte 1 und 4 sowie 6.

Berechnung der Koeffizienten:

• Input: 7 ADC-Readouts Druck Kalibrierzielwerte Druck und 3 ADC-Readouts Temperatur,
• Output: 7 Kalibrierkoeffizienten.

Fertigstellen:

• Programmieren des Sensorsmoduls durch Einschreiben der errechneten Daten in den EEPROM des SSC,
• eventuelle Kontrolle am analogen Ausgang,

Beim beschriebenen Kalibrierverfahren der One-Shot-Kalibration ist es nicht notwendig, analoge Messungen am Ausgang des Sensormoduls durchzuführen. Das Erreichen der notwendigen Genauigkeit ist durch das verwendete Kalibrierverfahren der Polynomapproximation und Berechnung der Kalibrierkoeffizienten auf Basis der ermittelten Kalibrierstützstellen gegeben.

*Steffen Bender ist Projekt Manager Automotive Sensor Signal Conditioning ICs bei ZMDI, Dresden.

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