校準(zhǔn)ADPD188BI光學(xué)煙霧和氣溶膠檢測模塊

ADPD188BI是一款完整的光度測量系統(tǒng)，采用光學(xué)雙波長技術(shù)進行煙霧檢測。該模塊集成了高效的光度前端、藍(lán)光和紅外 （IR） 發(fā)光二極管 （LED） 以及光電二極管，采用定制封裝，可防止光線在不先進入煙霧探測室的情況下直接從 LED 進入光電二極管。ADPD188BI與EVAL-CHAMBER煙霧室配合使用，可創(chuàng)建完整的光學(xué)煙霧檢測解決方案，用于住宅和工業(yè)煙霧探測器。EVAL-CHAMBER可通過訂購EVAL-ADPD188BIZ-S2購買。

本應(yīng)用筆記介紹了ADPD188BI的校準(zhǔn)，使用編程到片內(nèi)非易失性存儲器（NVM）中的校準(zhǔn)系數(shù)，以將器件間的差異降低到<+10%。

對于特定的LED驅(qū)動設(shè)置和測試/應(yīng)用環(huán)境，ADPD188BI表現(xiàn)出LED響應(yīng)的器件間可變性。LED響應(yīng)具有因器件而異的斜率（增益）和截距（偏移），這會導(dǎo)致器件間響應(yīng)常見環(huán)境而變化，并且可以使用增益和失調(diào)校準(zhǔn)系數(shù)進行校準(zhǔn)。這種校準(zhǔn)的主要應(yīng)用是允許更有效地比較多個器件輸出，因為它們在最終應(yīng)用中實例化。這種校準(zhǔn)顯著減少了任何器件之間的光學(xué)差異，并可以簡化對特定應(yīng)用環(huán)境變化的觀察。

校準(zhǔn) ADPD188BI

測試方法

每個LED/驅(qū)動器對在多個LED電流下工作在反射器中，反射器響應(yīng)由ADPD188BI模塊內(nèi)的光電二極管測量。計算每個 LED/驅(qū)動器對的響應(yīng)斜率，截距從線性回歸得出。然后計算校準(zhǔn)系數(shù)并將其存儲在片上 NVM（也稱為 eFuse 寄存器）中，以供以后在最終應(yīng)用中使用。校準(zhǔn)系數(shù)基于特定設(shè)備的每脈沖測量值計算，并歸一化為從不同設(shè)備收集的數(shù)據(jù)的大量分布的平均值。此規(guī)范化可確保在設(shè)備群中最大程度地減少設(shè)備到設(shè)備的可變性。

讀取電子保險絲寄存器

失調(diào)和增益校準(zhǔn)系數(shù)存儲在片內(nèi)電子保險絲寄存器中。增益校準(zhǔn)系數(shù)（LED1_GAIN_COEFF和LED3_GAIN_COEFF分別存儲在寄存器0×71和寄存器0×72中。偏移校準(zhǔn)系數(shù)LED1_INT_COEFF和LED3_INT_COEFF分別存儲在寄存器0×73和寄存器0×74中。

要訪問電子保險絲寄存器，請執(zhí)行以下步驟：

設(shè)置寄存器 0×4B，位 7 = 1 以啟用 32 kHz 振蕩器。

將 0×1 寫入寄存器 0×10 以強制設(shè)備進入程序（空閑）模式。

寫入 0×1 以寄存器 0×5F 以啟用 32 MHz 先進先出 （FIFO） 時鐘。

將 0×7 寫入寄存器 0×57 以啟用對電子保險絲寄存器的訪問。

讀取寄存器 0×67。當(dāng)寄存器 0×67 = 0×04 時，電子保險絲寄存器的刷新完成，可供訪問進行讀取。

在應(yīng)用校準(zhǔn)系數(shù)之前，將糾錯碼 （ECC） 功能應(yīng)用于電子保險絲數(shù)據(jù)（請參閱使用 ECC 檢測和更正 EFUSE 值中的錯誤部分）。

確認(rèn)寄存器 0×70 的內(nèi)容分別為模塊 ID 0、模塊 ID 1、模塊 ID 0 或更大的 1×0E、21×30F、31×33 或更大。

讀取所需LED/驅(qū)動器對的增益和失調(diào)校準(zhǔn)系數(shù)。最終增益校準(zhǔn)系數(shù)必須按照計算校準(zhǔn)系數(shù)部分中的定義，使用eFuse寄存器的內(nèi)容進行計算。計算最終增益校準(zhǔn)系數(shù)時，將其加載到用戶可訪問的存儲器中以備將來使用。

讀取電子保險絲寄存器完成后，按如下方式禁用電子保險絲寄存器：

寫入 0×0 以寄存器 0×57 以禁用對電子保險絲寄存器的訪問

寫入 0×0 以寄存器 0×5F 以禁用 32 MHz FIFO 時鐘。

計算模塊 ID 30 和模塊 ID 31 的校準(zhǔn)系數(shù)

最終校準(zhǔn)系數(shù)必須使用寄存器0x71到寄存器0x74的內(nèi)容計算，如以下公式所示：

GAIN_CAL_X = DEVICE_SCALAR/NOMINAL_SCALAR

其中：
DEVICE_SCALAR = x_GAIN × LEDx + x_INTERCEPT。
藍(lán)色 LED 通道BLUE_GAIN x_GAIN，紅外 LED 通道IR_GAIN。
BLUE_GAIN = （17/256）（LED1_GAIN_COEFF ? 112） + 17。
IR_GAIN = （34/256）（LED3_GAIN_COEFF ? 112） + 34。
LEDx 是以毫安為單位的 LED 驅(qū)動電流，例如，如果驅(qū)動電流 = 200 mA，請輸入 200。LEDx 是藍(lán)色 LED 通道的 LED1，是紅外 LED 通道的 LED3。
藍(lán)色 LED 通道BLUE_INTERCEPT x_INTERCEPT，紅外 LED 通道IR_INTERCEPT。
BLUE_INTERCEPT = 8（LED1_INT_COEFF ? 128）。
IR_INTERCEPT = 5（LED3_INT_COEFF ? 128）。
NOMINAL_SCALAR = x_MEAN_GAIN × LEDx + x_MEAN_INTERCEPT。
藍(lán)色 LED 通道的x_MEAN_GAIN為 17，紅外 LED 通道的為 34。
藍(lán)色 LED 通道的x_MEAN_INTERCEPT為 622，紅外 LED 通道的為 128。

計算模塊 ID 30 和模塊 ID 33 的校準(zhǔn)系數(shù)

要計算最終校準(zhǔn)系數(shù)，請使用寄存器0x71寄存器0x74的內(nèi)容，如以下公式所示：

GAIN_CAL_X = DEVICE_SCALAR/NOMINAL_SCALAR

其中：
DEVICE_SCALAR = x_GAIN × LEDx + x_INTERCEPT。
藍(lán)色 LED 通道BLUE_GAIN x_GAIN，紅外 LED 通道IR_GAIN。
BLUE_GAIN = （21/256）（LED1_GAIN_COEFF ? 112） + 21。
IR_GAIN = （42/256）（LED3_GAIN_COEFF ? 112） + 42。
LEDx 是以毫安為單位的 LED 驅(qū)動電流，例如，如果驅(qū)動電流 = 200 mA，請輸入 200。LEDx 是藍(lán)色 LED 通道的 LED1，是紅外 LED 通道的 LED3。
藍(lán)色 LED 通道BLUE_INTERCEPT x_INTERCEPT，紅外 LED 通道IR_INTERCEPT。
BLUE_INTERCEPT = 8（LED1_INT_COEFF ? 80）。
IR_INTERCEPT = 5（LED3_INT_COEFF ? 80）。
NOMINAL_SCALAR = x_MEAN_GAIN × LEDx + x_MEAN_INTERCEPT。
藍(lán)色 LED 通道的x_MEAN_GAIN為 21，紅外 LED 通道的為 42。
藍(lán)色 LED 通道的x_MEAN_INTERCEPT為 753，紅外 LED 通道的為 156。

校準(zhǔn) 32 KHz 和 32 MHz 振蕩器以獲得最佳系統(tǒng)性能

校準(zhǔn) 32 kHz 和 32 MHz 片內(nèi)振蕩器以獲得最佳性能。32 kHz振蕩器決定ADPD188BI的總采樣速率，32 MHz振蕩器影響ADPD188BI的總增益。對于模塊 ID = 33 的設(shè)備，讀取 eFuse 寄存器（寄存器 0×77 和寄存器 0×78），并將這些值寫入器件寄存器（分別寄存器 0×4B 和寄存器 0×4D）?；蛘?，用戶可以按照ADPD188BI數(shù)據(jù)手冊中描述的程序手動確定最佳設(shè)置，以校準(zhǔn)32 kHz時鐘和校準(zhǔn)32 MHz時鐘。

根據(jù)模塊 ID 應(yīng)用正確的公式

為獲得最佳操作，請閱讀 eFuse 寄存器 0×70 以確定模塊 ID 并應(yīng)用適當(dāng)?shù)墓?。下面是一個示例案例語句，它可以是用戶軟件的一部分。

檢查模塊 ID 案例（模塊 ID
）：

對于ID 30和31案例30，31
：

GAIN_CAL_BLUE =（使用計算模塊 ID 30 和模塊 ID 31 的校準(zhǔn)系數(shù)中顯示的方程式）GAIN_CAL_IR =（使用計算模塊 ID 30 和模塊 ID 31 的校準(zhǔn)系數(shù)中顯示的方程式）

對于 ID 33
案例 33：

GAIN_CAL_BLUE =（使用計算模塊 ID 33 的校準(zhǔn)系數(shù)中顯示的公式） GAIN_CAL_IR =（使用計算模塊 ID 33 的校準(zhǔn)系數(shù)中顯示的公式）

案例待定 1：離開以備將來擴展 案例待定 2：離開以備將來擴展

默認(rèn)值：引發(fā)錯誤

應(yīng)用校準(zhǔn)系數(shù)

要在最終應(yīng)用中應(yīng)用校準(zhǔn)系數(shù)，請執(zhí)行以下步驟：

根據(jù)需要配置 ADPD188BI 器件。

將0x2寫入地址0x10以啟動正常的采樣操作。

在所需的LED電平上進行測量，并執(zhí)行以下計算：

歸一化輸出 （LSB） = AFE_OUT/GAIN_CAL_x

其中：
AFE_OUT = LED 亮起時的原始輸出測量。
GAIN_CAL_x = 藍(lán)色 LED 通道的 GAIN_CAL_BLUE，紅外 LED 通道GAIN_CAL_IR。

應(yīng)用校準(zhǔn)系數(shù)可大大減少器件之間的差異。圖 1 和圖 2 顯示了藍(lán)色 LED 和紅外 LED 校準(zhǔn)前后的直方圖。圖1和圖2表明，在這兩種情況下，器件間差異的分布都縮小到±10%。

應(yīng)用校準(zhǔn)系數(shù)可大大減少器件之間的差異。圖 1 和圖 2 顯示了藍(lán)色 LED 和紅外 LED 校準(zhǔn)前后的直方圖。圖1和圖2表明，在這兩種情況下，器件間差異的分布都縮小到±10%。

圖1.校準(zhǔn)前后的藍(lán)色 LED 響應(yīng)

圖2.校準(zhǔn)前后的紅外 LED 響應(yīng)

電子保險絲內(nèi)容對設(shè)備正常運行的影響

寫入ADPD188BI電子保險絲寄存器的校準(zhǔn)系數(shù)不會改變?nèi)魏纹骷阅芑?a target="_blank">規(guī)格。所有數(shù)據(jù)手冊規(guī)格和器件性能本質(zhì)上不受電子保險絲寄存器編程的影響。

校準(zhǔn)系數(shù)旨在用于采樣數(shù)據(jù)的后處理，以校準(zhǔn)器件間光學(xué)特性的變化。無論電子保險絲寄存器是否經(jīng)過編程，ADPD188BI 的性能都沒有差異。在 eFuse 寄存器使用校準(zhǔn)系數(shù)進行編程的情況下，存儲在 eFuse 寄存器中的數(shù)據(jù)只有在軟件中對采樣數(shù)據(jù)實施后處理校準(zhǔn)例程時才會產(chǎn)生影響。

使用 ECC 檢測和糾正電子保險絲值中的錯誤

ECC 的 C 代碼部分中顯示的 C 代碼包含利用漢明碼檢測和糾正存儲的電子保險絲寄存器值中的錯誤的例程。這些函數(shù)使用傳統(tǒng)的 127，120 漢明碼，截斷為 119，112。增加了一個額外的全局奇偶校驗位，以提供具有 2 位故障檢測的單位校正。最終形式是 120，112，它為每個 8 位（112 字節(jié)）塊添加一個 14 位奇偶校驗代碼。

此代碼檢測并修復(fù)每個數(shù)據(jù)塊中 100% 的單位錯誤，并檢測每個數(shù)據(jù)塊中 100% 的 2 位故障。

方法如下：將電子保險絲數(shù)據(jù)和奇偶校驗字節(jié)讀入本地內(nèi)存。用戶必須讀取寄存器 0×70 才能寄存器 0×7E。寄存器 0×70 到寄存器 0×7D 與輸入指針、數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并且必須讀入數(shù)據(jù)數(shù)組。寄存器 0×7E 與輸入指針、奇偶校驗相關(guān)聯(lián)，必須作為奇偶校驗值讀入。使用 fix_hamm_parity 命令驗證塊。此功能可就地修復(fù)單個損壞位。如果 fix_hamm_parity 命令返回錯誤，請將設(shè)備標(biāo)記為損壞。

此過程修復(fù)所有單位故障，檢測所有 2 位故障和大約 6% 的 3 位故障，并檢測大多數(shù)偶數(shù)故障。

焊料回流對校準(zhǔn)系數(shù)的影響

在回流爐中回流焊，其中存在的氧氣水平不受控制，會導(dǎo)致光電二極管對藍(lán)色LED的響應(yīng)降低。平均而言，光電二極管對藍(lán)色LED的響應(yīng)每次回流的偏移為~7%。由于校準(zhǔn)系數(shù)是在最終測試中編程的，因此在ADPD188BI進行任何回流之前，當(dāng)ADPD188BI在氧氣水平不受控制的烘箱中進行焊料回流時，藍(lán)色系數(shù)不再準(zhǔn)確。

圖3顯示了在氧氣水平不受控制的烘箱中回流后的原始和校準(zhǔn)藍(lán)色響應(yīng)。這組設(shè)備被重排了三次。數(shù)據(jù)包括每次重排后的檢查點。如數(shù)據(jù)所示，每次回流后，藍(lán)色LED響應(yīng)有~7%的偏移。

圖3.在焊接回流期間氧氣水平不受控制的情況下，藍(lán)色 LED 響應(yīng)偏移

為避免響應(yīng)偏移，請使用使用氮氣的回流爐來降低烤箱中的氧氣水平。當(dāng)使用氮氣控制的回流爐將氧氣水平控制在 <1000 ppm 時，藍(lán)色 LED 響應(yīng)沒有偏移。

圖 4 中顯示的數(shù)據(jù)顯示了在烘箱中回流三次的設(shè)備的原始和校準(zhǔn)藍(lán)色 LED 響應(yīng)值，其中使用氮氣吹掃將氧氣水平降低到 <1000 ppm。數(shù)據(jù)包括每次重排后的檢查點。如圖4所示，在這些條件下，回流焊不會發(fā)生偏移。

無論烤箱的氧氣水平是否不受控制，紅外響應(yīng)都不會受到回流焊的影響。

圖4.藍(lán)色 LED 響應(yīng)偏移，氮氣吹掃，以控制焊料回流期間的氧氣水平

審核編輯：郭婷