电感式传感：通过 3 个简单步骤将多通道 LDC 的 ENOB 提高 4 位

电感式传感器利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测。在很多应用中都会有利用到电感式传感器来对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量，在机电控制系统中应用得尤为广泛。这不仅得益于它结构简单、灵敏度高，其抗干扰能力强及测量精度高也有很重要的优势点。感应传感器检测金属目标与感应线圈传感器的接近程度，而电容传感器检测传感器和电极之间的电容变化。

在某些情况下，由于更高的采样率或更低的成本，我们可能希望使用 12 位LDC1312或LDC1314，当 12 位 LDC 的分辨率不足以满足我们的特定系统需求时，例如在这个1 度刻度盘。在这种情况下，我们可以使用增益和偏移寄存器将有效位数 (ENOB) 最多提高 4 位。测量时序不受使用增益和偏移的影响。

增益/偏移功能有效，因为LDC1312和LDC1314具有内部 16 位数据转换器，但它们仅显示数据寄存器中的 12 个位：DATA_CH0、DATA_CH1、DATA_CH2 和 DATA_CH3。默认情况下，增益功能被禁用，DATA 寄存器显示 16 位字的 12 个最高有效位 (MSB)。但是，可以转移数据输出；见图 1。

图 1：转换数据输出增益

使用 4x、8x 或 16x 的增益会导致 2 位、3 位或 4 位数据移位，这相当于将最大有效位数分别增加 2 位、3 位或 4 位。

让我们用一个简单的例子来说明增益和偏移是如何工作的。该示例使用LDC1314 评估模块。我的目标是在 0.2 毫米目标距离和无限目标距离之间移动的美国四分之一。

以下是通过三个简单步骤优化分辨率的方法：

1. 确定系统边界。在最小目标距离（0.2mm）和最大目标距离（无限）之间移动时，我测量以下（表1）：

表 1：应用增益前的 ENOB

使用增益功能会丢弃 MSB；因此，确保最大输出比例不低于零或高于新数据输出的满量程非常重要。数据表显示 最大输出范围必须为：

· ≤ 100% 满量程，增益 = 1x

· ≤ 25% 满量程，增益 = 4x

· ≤ 12.5% 满量程，增益 = 8x

· ≤ 6.25% 满量程，增益 = 16x

2.应用增益。满量程数据字为 2 12 -1 = 4,095。我的示例显示了最小和最大目标位置之间的 90 个代码增量，仅为满量程的 2.2%。因此，我可以轻松地使用 16 倍的最大增益设置。在这种情况下，我测量了以下内容（表 2）：

((*) 信号被削波

表 2：应用增益后的 ENOB

我的代码增量有了很大的改进，但在最小目标距离处的数据输出在我的新数据字的全范围内剪辑。

3.减去偏移量。虽然我的系统仅使用满量程的 2.2%，但它跨越了满量程边界，导致信息丢失。为了解决这个问题，我可以使用偏移寄存器从数据输出中减去一个固定的偏移量。最大目标距离输出码是3212，所以我可以轻松减去2000码。

(*) 信号被削波

表 3：应用增益和偏移后的 ENOB

增益为 16 倍，偏移量为 -2,000 个代码，LDC 现在记录 1,212 到 2,670 之间的数据，如表 3 所示。这完全在 0 到 4,095 的输出代码限制范围内。代码增量为 1,458 个代码，比默认情况提高了 4 位，增益为 1。

图 2 显示了此示例的工作输出范围，无增益、增益为 16、增益为 16 且偏移为 -2,000。

图 2：应用增益和偏移后转换信号范围增加

如果分辨率还是不够怎么办？

在这个简单的示例中，有效分辨率提高了 4 位（从 6.5 位到 10.5 位），而对时序或功耗没有任何影响。如果此有效分辨率仍不足以满足我们的系统要求，请考虑使用我们的 28 位多通道器件LDC1612或LDC1614 。我们可以在此处阅读有关LDC1612和LDC1614 分辨率优势的更多信息。