【经验】霍尔电流传感器校准方法全攻略
【摘要】为了保证传感器的精度和非线性度，本文总结了MELEXIS的电流传感器的3种校准方法:校准精度可达5%左右的盲校，可使电流传感器的精度达到0.1%的前端校准以及适用于多传感器应用场合的后端校准。
电流传感器校准的主要目的是为了补偿因温度、不同材质的铁心或屏蔽材料、安装误差、测量量程差异等因素对传感器的非线性、灵敏度及精度产生的影响，以保证传感器的精度和非线性度在数据手册所规定的范围之内。
Melexis的电流传感器产品的校准方法，可以归纳为3种，一是盲校（Blind Calibration），二是前端校准（传感器），三是后端校准（MCU）。下面分别对这三种校准方法做一下简单介绍。
盲校
盲校（Blind Calibration）是一种无源校准方式，不需要额外的硬件，这种校准精度可达5%左右。实际上在工厂每个传感器的灵敏度都进行了单独校准，传感器内部EEPROM有两个参数代码RG（Rough Gain）和FG（Fine Gain），RG控制非线性放大器模块，FG控制线性衰减模块（范围从0.5到1）， 这两个参数会影响从霍尔盘到放大器信号链路上的放大器的增益。因为所有的传感器本质上是不一样的，为了得到期望的灵敏度，通过读取和手动修改这两个参数代码，使其产生不同的组合，最终达到数据手册上指定的灵敏度值。下面的表1中列出了不同RG和FG的组合，以及与之对应的MLX91208CAL,CAH,CAV及MLX91209的灵敏度。
表1：RG、FG与电流传感器灵敏度关系表
现以MLX91208CAH为例，来说明盲校的流程：灵敏度为100mV/mT，想要通过重新校准达到120mV/mT的实际灵敏度。步骤如下：
1）从EEPROM中提取RG,FG的值，结果为RG=3,FG=768，实际的放大器增益为：
G=Grg*Gfg=9*(0.5+(1-0.5)/(1023-0)*(768-0))=7.88
2）RG，FG需要重新定义以得到新的增益G=120%*7.88=9.46，再根据上面的公式，我们可选择RG=4 -> Grg=12.25 Gfg=G/Grg=9.46/12.25=0.772 -> FG= 0.772-0.5/0.5*1023=557
最后得出新的RG=4，FG=557
需要说明的是，盲校方法是不适用于MLX91206和MLX91207的，因为TC这个参数在RG，FG改变后需要重新修改。
前端校准（传感器）
这种校准方法适用于Melexis的所有电流传感器，需要的硬件包括编程器PTC04和相应的子板，软件需要PTC04及对应子板的PSF和UI软件：下图1列出了前端校准相关的工具。
图1：前端校准相关工具
Melexis的电流传感器前端校准，由软件通过PTC04和编程子板，与传感器之间的通讯有两种：一种是PTC通讯模式，另一种是MUST模式。PTC通讯模式采用3线（VDD,GND,OUT）方式实现，通讯时VDD会升高到8V左右，这种模式适用于所有的电流传感器；而MUST模式则采用4线制(VDD,GND,OUT及MUST，只针对双DIE的电流传感器，需要连接OUT1,OUT2及MUST1,MUST2)，VDD维持在5V，这种模式只适用于MLX91208/9及新的电流传感器MLX91216/17；下图2和图3分别为两种通讯模式的硬件连接图。
图2：PTC通讯模式及MUST通讯模式连接图
对于用于多个电流传感器的前端校准，软件能够同时存储16个传感器的EEPROM数据，每个传感器通过器件选择器来选择，但实际上，子板的输出每次只能与其中一个传感器的输出进行连接，因此需要通过多路开关来实现切换。下图3和图4分别介绍了MLX91208/9的UI相关功能介绍及校准的相关重要参数。
图3：MLX91208/9的UI相关功能介绍
图4：MLX91208/9校准设置
前端校准，可使电流传感器的精度达到0.1%，更好地满足实际应用的需要。
关于Melexis的电流传感器前端校准具体的校准过程和操作方法，可参考相关设计文档：Melexis 电流传感器编程和校准应用笔记。
后端校准（MCU）
后端校准（MCU）是通过使用MCU的资源来实现的，其校准精度由MCU的ADC分辨率决定，通过参考电流源，得到精确的期望输出，将其存储到MCU内部的EEPROM中，然后再通过实际的电流，读取到真实的输出，通过两者的比值计算出校准因子，也将其存储到EEPROM中，这种校准方式适用于多传感器应用的场合，如电源分配系统（在同一个PCB上有12到24个电流传感器监测每个通道的电流）。
结语
本文只针对Melexis电流传感器的校准方法做了简单介绍，三种校准方法各有特点，对于实际应用来说，后两者可能应用得多一些。用户可根据自己的需要来选择，对于校准涉及到的相关电流传感器芯片、编程工具、子板、软件及技术文档，可联系世强进一步了解。
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