美信 2000 年发布 MAX1452 ，如今看还是很棒～（性能参数分析）

大晚上的不想浪费今日的发送机会，写一个信号链产品，最近在用：

是美信的 MAX1452

是美信的 MAX1452

美信就不说了，我不是特别了解它的历史，但产品非常的个性。

我闲鱼买了两颗很古早的芯片

我闲鱼买了两颗很古早的芯片

第一次见这种的封装桶

第一次见这种的封装桶

我的显微镜不太好，直接拍一张

我的显微镜不太好，直接拍一张

（评论区有个大佬当年还参与过这个芯片的测试工作，非常古早，听说是一个以色列的大佬带队设计的）

聊聊测量性能

如果的单纯聊芯片，无异于有点无聊，但是从具体的测量参数出发就比较有看头了

适用于这些传感器的类型

适用于这些传感器的类型

主要是阻性传感器的信号调理，但是却不适合常规桥的调理（比如 350Ω）

模拟参数

分析传感器桥激励、差分输入、PGA、offset/span DAC、输出缓冲、FSOTC 缓冲、未分配运放，以及这些参数对实际设计的影响。

先建立 MAX1452 的模拟信号模型

MAX1452 的模拟路径可以近似写成：

：桥式传感器差分输出；

：内部可编程增益，39 到 234 V/V；

：输入等效粗 offset 修正；

：输出端细 offset 修正；span 修正主要通过 FSODAC 调整桥激励实现。

看里面也没有仪表放大器的前端

看里面也没有仪表放大器的前端

不是普通仪表放大器，内部是：

桥激励温度补偿

数据手册明确说它是全模拟信号路径，数字部分通过 16-bit DAC 和 EEPROM 做校准与温度补偿。

供电参数：5 V 单电源，模拟性能强依赖 VDD

MAX1452 的正常供电范围是：

典型工作点：

静态电流：

注意这个电流 不包括传感器桥电流和输出负载电流。

EEPROM 擦写时 VDDF 电流可到 30 mA，读取时可到 12 mA，所以 VDDF 的去耦和隔离很重要；数据手册建议 VDDF 可通过 30 Ω 从 VDD 供电，并在 VDDF 到 VSS 加 1 µF 电容，以改善噪声性能。

这个 30 Ω + 1 µF 的低通拐点大约是：

那这样看其实 Maxim 很在意 EEPROM/数字部分对模拟输出的污染。

输入端参数：1 MΩ 输入阻抗

输入阻抗

模拟输入阻抗典型值：

这对于桥式传感器通常可以接受，但不是超高阻输入；另外对于对桥式传感器来说，输入负载误差大概与桥等效输出电阻和 1 MΩ 的比值有关。

例如 5 kΩ 桥，输入加载约为：

这个误差可以被最终校准消掉一部分，但它会真实改变桥输出状态。对 350 Ω 应变桥：

负载误差小很多。

不过 350 Ω 桥还有另一个更严重的问题：MAX1452 内部桥激励电流不够大，后面会讲。

输入共模范围和 CMRR

CMRR 典型值：

换成线性比值：

如果输入共模电压变化 100 mV，则等效输入差分误差约为：

在最高增益 时，输出误差为：

满量程如果是 4 V，则比例是：

所以 CMRR 90 dB 看起来不错，但在高增益、低毫伏桥输出场景下，共模变化仍然会变成可见误差；实际设计中 INP/INM 的走线、滤波、电缆耦合要尽量对称。

输入 offset 与粗校准 IRODAC

MAX1452 支持输入等效 offset 调整范围：

粗 offset DAC，也就是 IRODAC，是 4 bit，包含符号位，典型步进：

详细框图中给出的 IRO 典型修正值是：

这个粗 offset 是输入等效修正，作用不是做高精度零点，而是先把传感器原始 offset 拉回 PGA 不饱和的范围；细零点校准交给 16-bit ODAC。

举例，如果传感器初始 offset 是 +40 mV，最高增益 234 倍时，不修正会产生：

这在 5 V 单电源下必然饱和，所以必须先用 IRODAC 粗略抵消输入 offset。

PGA 增益参数：39 到 234 V/V，用于匹配传感器灵敏度

PGA 一共有 16 档，典型值为：

这个表在数据手册第 18 页列出。

如果目标输出 span 是 4 V，例如 0.5 V 到 4.5 V，那么每个 PGA 档位对应的允许输入满量程差分电压为：

所以：

这正好对应硅压阻桥的典型输出，通常是几 mV/V 到几十 mV/V。

支持 4 mV/V 到 60 mV/V 传感器？

桥式传感器输出可以写成：

其中 是灵敏度，例如：

输出满量程为：

目标是：

所以：

数据手册说明这个 4 到 60 mV/V 的范围，是基于约 4 V 输出 span 和约 1.7 V 到 4.25 V 桥电压范围得到的。

4 mV/V 低灵敏度桥

用最高增益：

接近桥激励上限。

60 mV/V 高灵敏度桥

用最低增益：

接近桥激励下限。

所以 4 到 60 mV/V 并不是随便给的，而是由：

和：

共同决定的。

PGA 非线性：0.01% span，约等于 0.4 mV 输出误差

数据手册给出放大器增益非线性：

条件是输出从 0.5 V 到 4.5 V，也就是 4 V span。换成输出误差：

也就是：

这个数值已经接近它的输出噪声等级，对工业压力传感器来说不错

带宽与响应速度：典型是低频工业传感器

数据手册给出 step response：

详细框图里还标了 PGA bandwidth 约 3 kHz ±10%。

如果粗略把 150 µs 当作一阶时间常数：

这和几 kHz 级带宽是同一个量级。

说明 MAX1452 面向的是：压力；应变；工业过程控制；低频机械量；4-20 mA 变送器，不适合做高带宽动态采集前端。

细 offset DAC：ODAC，76 µV/bit 输出步进

ODAC 是 16-bit，参考为 5 V 时，输出端步进：

数据手册给的是 76 µV/bit。

如果输出 span 是 4 V，那么一个 ODAC LSB 占满量程：

量化 RMS 误差约：

相对 4 V span：

所以 ODAC 分辨率本身足够细，比输出噪声和模拟非线性更小。

把 ODAC 折算到输入端：

例如：

这说明细零点校准能力很强，这个调整算法很有意思，日后写一篇。

Span DAC：FSODAC，本质是调桥激励

FSODAC 也是 16-bit，参考 5 V 时步进同样约：

但它不是直接加到输出端作为 offset，而是参与调节桥激励，因为桥输出为：

改变 就是在改变满量程 span：

所以 MAX1452 的满量程校准不是单纯调 PGA，而是：

粗调细调桥激励

这对桥式传感器很合理，因为桥的输出本来就是 ratiometric 的。

不过它有一个副作用：改变桥激励会同时改变传感器 offset 的等效输出，所以校准时通常要迭代：

调调再检查再微调

OTCDAC / FSOTCDAC：38 µV/bit，用桥电压作为参考

OTCDAC 和 FSOTCDAC 是温度系数补偿 DAC，参考不是固定 5 V，而是桥电压 。

当：

时，16-bit DAC 步进为：

数据手册给出 OTCDAC 和 FSOTCDAC 的典型 bit weight 都是 38 µV/bit。

这个设计很关键：压阻桥的电阻会随温度变化，桥电压也会带温度信息；MAX1452 利用桥电压作为 DAC 参考，可以让温度补偿量天然跟随传感器温度变化。

桥激励参数：0.1 到 2 mA，决定它适合 kΩ 级桥

桥驱动电流参数：

典型值：

测试条件是 。电流镜比例典型：

内部电流源参考电阻：

其温度系数很大：

这里的 75 kΩ 不是精密电阻，而是温补结构的一部分，数据手册也允许特殊桥类型使用外部 RISRC / RSTC。

桥电压由桥阻和桥电流决定

如果是 5 kΩ 压阻桥，典型 0.5 mA 时：

这非常合适。

如果是 350 Ω 应变桥，即使桥电流达到 2 mA：

这就太低了。

对于 2 mV/V 的普通应变片桥：

最高增益 234 倍后：

远达不到 4 V span，所以结论很重要：

更适合级硅压阻桥，不太适合直接驱动低阻应变桥。

除非使用外部桥激励和额外前端结构，否则用它直接做 350 Ω 应变桥并不理想，一些粗糙的设计，直接就 5V 的激励加上来。

输出端参数

OUT 输出参数：

无负载时，最大输出摆幅可以接近电源轨约 20 mV，输出阻抗典型：

最大容性负载：

输出噪声：

条件是 DC 到 1 kHz、最小增益、源阻抗 5 kΩ、VDDF 滤波。

相对 4 V span：

等效位数约：

所以它的有效模拟输出噪声水平大约是 13 bit RMS 级别，这对工业传感器模块够用。

输出噪声折算到输入端

如果粗略把 0.5 mV RMS 输出噪声折算到输入端：

则：

如果假设 DC 到 1 kHz 内近似白噪声，则输出噪声密度粗略为：

输入等效噪声密度为：

最高增益 234 时：

这个只是粗略估算，因为实际 DC 到 1 kHz 包含 1/f、开关电容噪声、DAC 噪声和输出级噪声，不能完全按白噪声理解。

FSOTC 缓冲器参数

FSOTC buffer 参数：

电流驱动能力：

这是一个比较弱的模拟缓冲输出，主要是给温度补偿网络用，不应该拿来驱动低阻负载。

内部 RFTC：

如果 FSOTC 输出 2.5 V，流过 75 kΩ 的电流是：

这正好在 ±40 µA 能力范围内，说明 75 kΩ 这个值不是随便选的，而是配合 FSOTC buffer 驱动能力设计的。

未分配运放参数

未分配运放参数：

输入共模范围：

输出摆幅无负载时：

1 mA 负载时：

offset：

单位增益带宽：

这个运放可以用于：4-20 mA 电流环控制；输出低通滤波；简单缓冲；电压到电流转换，但它的 offset 有 ±20 mV，不能当高精度前置放大器，只是一个“方便集成的辅助运放”。

误差量级

以 4 V 输出 span 为例：

所以真正限制 MAX1452 模拟精度的通常不是 16-bit DAC 分辨率，是：

输出噪声、非线性、传感器自身漂移、桥激励误差、热耦合误差

根据传感器参数选 PGA 和桥激励

设计目标通常是：

即：

给定传感器灵敏度 ，选择 PGA 和桥电压：

同时要满足：

以及：

这是最关键的模拟设计约束。

例如传感器：

如果选 ：

如果桥阻是 5 kΩ：

非常合适。

现在写一个代码来快速检查某个桥式传感器是否适合 MAX1452，并自动列出可用 PGA 档位。

G=104, Vbridge=3.846 V, Ibridge=0.769 mA, Pbridge=2.959 mW, input_noise=4.81 uVrms
G=117, Vbridge=3.419 V, Ibridge=0.684 mA, Pbridge=2.338 mW, input_noise=4.27 uVrms
G=130, Vbridge=3.077 V, Ibridge=0.615 mA, Pbridge=1.893 mW, input_noise=3.85 uVrms
G=143, Vbridge=2.797 V, Ibridge=0.559 mA, Pbridge=1.565 mW, input_noise=3.50 uVrms
G=156, Vbridge=2.564 V, Ibridge=0.513 mA, Pbridge=1.315 mW, input_noise=3.21 uVrms
G=169, Vbridge=2.367 V, Ibridge=0.473 mA, Pbridge=1.120 mW, input_noise=2.96 uVrms
G=182, Vbridge=2.198 V, Ibridge=0.440 mA, Pbridge=0.966 mW, input_noise=2.75 uVrms
G=195, Vbridge=2.051 V, Ibridge=0.410 mA, Pbridge=0.842 mW, input_noise=2.56 uVrms
G=208, Vbridge=1.923 V, Ibridge=0.385 mA, Pbridge=0.740 mW, input_noise=2.40 uVrms
G=221, Vbridge=1.810 V, Ibridge=0.362 mA, Pbridge=0.655 mW, input_noise=2.26 uVrms
G=234, Vbridge=1.709 V, Ibridge=0.342 mA, Pbridge=0.584 mW, input_noise=2.14 uVrms

小结

MAX1452 的模拟部分可以这样评价：

它是面向桥式传感器量产校准的模拟，而不是实验室低噪声测量前端。

优点是：PGA 增益范围合理，覆盖 4 到 60 mV/V 传感器；16-bit ODAC / FSODAC 分辨率足够细；offset 和 span 都能温度查表修正；桥激励、PGA、DAC、EEPROM 集成度高；输出可直接做 0.5-4.5 V 或 4-20 mA 模块；对 kΩ 级硅压阻桥非常合适。

但限制是：输出噪声约 0.5 mV RMS，约 13 bit RMS 级；PGA 非线性约 0.01% span；输入阻抗只有 1 MΩ；桥驱动电流最大约 2 mA，不适合直接高压激励 350 Ω 桥；未分配运放 offset 较大，只适合辅助功能；内部是开关电容 CMOS PGA，不适合超低噪声宽带测量。

MAX1452 的模拟参数是为“传感器模块校准和互换性”优化的

另外国内的思瑞浦当年第一款也是类似的产品，校准的文档很详细，还没有研究。