How to do ADC Calibration

ADC转换后的数据跟硬件提供的数据信息并不是完全对应的，它所得出的数据里面存在着offset error和gain error， 所以我们需要对它进行校准后再使用。

针对数据可能存在的错误类型，校准分为偏移校准（offset calibration）和 增益校准(gain calibration)。其中offset calibration是为了消除ADC的offset error，gain calibration是为了消除ADC的gain error。

Single-Ended Measure and EXT-CM Measure mode这两种测量模式下的校准是独立的，并且每一种测量模式下都需要offset校准和gain校准。

1. Offset Calibration

ADC的分辨率是14bit，0....12bit是校准后的数据，最高位也就是第13bit，

是符号位，0为正，对应上面的虚线，说明需要减去offset偏移；

1为负，对应下面的虚线，说明需要加上offset偏移。

软件配置：ADCSEL: 4'b1011=>Gound measurement for Offset Calibration

S_GAIN : 3'b111=>21.6 dB

数据寄存器：0x2C => ADC calibration data callback

通过此配置得出来的数据用于offset calibration.

在进行offset校准的时候得出的数据Doffset_conv（offset digital data），

如若转换为Voltage，所用的公式为:

Vin = K * Vmax* Doffset_conv/ 2^13 (I)

此处的K= 1.1645, Vmax= 0.333V

需要注意的是：offset校准要除以2的13次方（类似于EXT-CM Measure MODE）。

2.Gain Calibration

根据analog input voltage range与analog LDO output voltage是否相关联，gain校准又分为Relative Gain Calibration and Absolute Gain Calibration。如果ADC analog voltage与analog LDO output voltage相关联，或者由LDO产生，属于Relative Gain Calibration， 否则就属于Absolute Gain Calibration。

在Prima II中，触摸屏的x_xp和x_yp电压是由模拟LDO提供的，所以触摸屏测量数据应该属于

Relative Gain Calibration.

而keypad通过ADC转换得到的数据应该属于Absolute Gain Calibration。

Relative Gain Calibration软件配置：

ADCSEL: 4'b1101=>Analog LDO measurement for Gain Calibration

S_GAIN : 3'b000=>0dB

数据寄存器：0x2C => ADC calibration data callback

Absolute Gain? Calibration软件配置：

ADCSEL: 4'b1100=>Bandgap measurement for Gain Calibration

S_GAIN : 3'b000=>0dB

数据寄存器：0x2C => ADC calibration data callback

通过此配置得出来的数据用于Gain calibration.

在进行gain校准的时候得出的数据Dgain_conv（gain digital data），

如若转换为Voltage，

所用的公式为:

Vin = K * Vmax* Dgain_conv/ 2^14(II)

此住的K = 14, Vmax = 0.333v

K的值是根据测量电压的最大范围来确定的。

以上为Gain Calibration的示意图，根据相似三角形的对应线段成比例定理：

可得知：

V？                          Vtest

________ = _________________                 （III）

Videa                     Vtest_ideal

V？ 是我们所要求得的经过校准之后的理想电压值

Videal是通过公式计算求得的最大理想电压值

Vtest是通过ADC测量所得到的电压值。

Vtest_ideal是通过ADC gain校准得到的理想电压值

3.如何通过校准获取数据

通过offset校准与gain校准所得出的数据偏差，并根据I , II, III 公式来获得

最终的电压值。

公式推导过程如下：

(a) 通过gain calibration 得出以下关系

V？                                Vtest

————————= _________________ （III）

Videal                           Vtest_ideal

( b) 结合 offset calibration 推出以下关系：

V？                     Vtest – Voffset

———— = ————————————— (IV)

Videal            Vtest_ideal – Voffset

'

(C) 将公式I ， II 代入公式 IV，推导出以下关系：

K1* Vmax * D? / 2^14                                   k1*Vmax*Dtest/2^14 - K2*Vmax*Doffset_conv/2^13

_____________________________ = ______________________________________________________________

K1 *Vmax * Dideal/2^14                             k1*Vmax*Dtest_ideal /2^14 - K2*Vmax*Doffset_conv/2^13

==>         D?                                                K1 * Dtest – k2 * Doffset_conv * 2

__________________ = _______________________________________________

Dideal                                         K1 * Dtest_ideal – k2 * Doffset_conv * 2

其中 Dtest_ideal = Dgain_conv

K1 * Dtest – k2 * Doffset_conv * 2

==> D? = _______________________________________________ * Dideal                        （V)

K1 * Dgain_conv – k2 * Doffset_conv * 2

其中 Dideal = （2^14 * 1.2） / （14 * 0.333） = 4217

（注意1.2v 电压是prima 2中硬件固定的，而并不是spec中的0.9v）

Dgain_conv 与 Doffset_conv 是经过测量得出的digital data，

Dtest是 通过AUX 测量所得的数值。

k1 = 14, k2 = 1.1645

将以上数据带入公式 V，即可得出通过AUX测量所得的理想的数据D?.

(d) 最后，根据以下公式将所得的D？转换为我们所要求得的电压值。

D?                          x

—————— = ————————

Dideal                   1.2V

==> X = 1.2v * D? / Dideal