模擬傳感器和傳感器可以很好地將現實世界的物理條件轉換為我們可以測量和使用的電子信號。此外，雖然有許多低成本的溫度，壓力，光級傳感器，加速度計和磁力傳感器是一致和可靠的，但不幸的是它們的響應不是線性的。大多數測量系統中的主要誤差與傳感器的偏移，增益和非線性有關，因此，傳感器線性化過程是嵌入式測量系統設計中的關鍵步驟。

更昂貴的傳感器系統包含校正偏移，最大化范圍和線性化傳感器響應的電路。然而，當成本和空間成為一個敏感問題時，工程師可以通過設計我們自己的糾正措施來獲得與價格較高的系統相同的好處。

本文探討了使用非易失性串行存儲器作為查找表，用于校正和線性化低成本傳感器的模擬信息。它著眼于無縫獲取有效傳感器信息的尋址方案，架構實現，協議，開銷和軟件架構。

如何完成

使用傳感器（如力，溫度和磁場）的系統可以通過充分表征的查找表大大受益。這個過程很簡單。使用模擬前端級，傳感器被偏置為嵌入式控制器A/D級的可用范圍（圖1）。這可以包括濾波，電壓偏移和增益級，從而最大化A/D的可用動態范圍。

圖1：模擬前端偏置和偏移傳感器，增益最大化A/D范圍。然后，讀入的A/D值充當查找表的地址字節以訪問校正值。

然后將讀入的值作為地址應用于查找表。如果存儲器芯片保存多個傳感器的查找表，則可以使用分頁方法來訪問每個傳感器的校正數據。

采用典型的模擬傳感器，如Interlink 30-61710力感應電阻（FSR）。 FSR是一種堅固的聚合物厚膜（PTF）器件，其隨著施加到傳感器表面的力的增加而表現出電阻的降低。電阻響應是施加力的結果，不會在輸出電壓中線性跟蹤（圖2）。相反，有一個尖銳的斜率，然后是一個穩定的漸近似的上升，這取決于施加在終端上的偏置。查找表可以提供更標準化的值。

圖2：簡單校正可以補償特征曲線的肘部，以提供更加標準化的范圍。

更奇特的校正將是霍尼韋爾SS49線性磁場傳感器中的傳感器曲線。其輻射測量模式可以在不同的電源電壓下呈現不同的斜率（圖3）。這里需要正偏移來檢測北極和南極。這是查找表可以轉換換能器值以指示極點和幅度的完美示例。

圖3：該線性磁傳感器在其檢測范圍的相對中心點處具有零點。這里，查找表可以歸一化并呈現極點和幅度值，以便直接用于信號處理算法。

傳感器數據必須以表格形式輸入或從測試夾具中提取。如果制造商的規格準確，您可以依靠通用校正表來提高精度。如果您需要最高精度，那么制造過程中的表征階段將精確地表征每個傳感器并將其與本地串行存儲器中的數據集配對。隨著時間流逝，算法甚至可以更新EEPROM的內容以補償與年齡相關的漂移。

尺寸和速度

由于傳感器尺寸縮小并在偏遠地區使用，因此電路板空間是一個關鍵問題。可以在單個存儲周期中返回值的并行訪問ROM比串行協議工程師可用于非易失性存儲器應用的速度快得多。然而，雖然并行ROM是獲取數據的最快方法，但它需要太多的地址和數據線才能適應許多小型設計。它也可能占用太多有價值的處理器ROM，或者在處理器上，它可能太難以更新。

這是串口可以發光的地方。單線，2線或3線協議，如Microwire，I2C和SPI，可以通過一個相當小的8引腳封裝（一些可以小到3引腳的部分）通道進入大尺寸存儲器陣列的核心部分）。有趣的是，在大多數微控制器中，這些協議通常在硬件中實現，因此軟件開銷很小。

也許最小的例子是3引腳Microchip 11AA020T-I/TT，它使用公司的UNI/O單線協議。雖然這部分可以在5 V電壓下運行，但它也可以降至1.8 V，因此適用于由幣形電池供電的設計。

作為主/從驅動協議，它與其他外圍元件共享高達100 Kbit/sec的通信線路（圖4）。通過使用自時鐘代碼，在這種情況下，曼徹斯特編碼，UNI/O時鐘在起始頭，設備地址，系列代碼和設備代碼中。它還使用確認序列來確保設備正確接收和解碼數據以及從尋址設備輸入數據。

圖4：單線UNI/O總線鏈連接到各種信號調理級，并使3引腳SOT-23封裝的完整串行查找表成為可能。

雖然UNI/O是Microchip的專有協議，但設計人員可以為非Microchip控制器實現比特帶狀接口，以利用UNI/O器件。否則，I2C可能是一個選項。

I2C和SPI替代品

像I2C這樣廣泛采用的標準意味著您的部件更有可能在一起很好地發揮作用。公司努力確保符合行業標準，因此很難獲得精心設計的解決方案。微內核中對I2C的硬件支持意味著對代碼開發和測試的要求較低。

真的，I2C是一種2線協議，不是單線，但串行EEPROM的占用空間非常小。以Freemont Micro Devices FT24C02A-5PR-T TSOT23-5 5針部分為例。與Microchip部分類似，這個2Kx8只需要為8位A/D轉換器提供完整的256字節查找。更快的1 MHz速度是一個特別好的功能，因為大多數I2C部件最高可達400 KHz。

對于多個傳感器，像8K（1Kx8）ROHM BU9889GUL-WE2這樣更深的部分可以存儲4個8位傳感器的查找數據或單個10位A/D轉換器的查找數據。最多可提供64K（8Kx8）I2C器件，例如STMicroelectronics M24C64-FCS6TP/K.該EEPROM可通過單個5引腳WLCSP封裝處理單個16位傳感器，兩個12位傳感器，四個10位傳感器或八個8位傳感器。到目前為止，我們已經討論過使用EEPROM作為非易失性介質。 EEPROM的優點在于它是字節可尋址的，因此在一個周期內就可以獲得結果。然而，與Flash相比，EEPROM的密度更受限制。對于更高的密度，Flash技術與SPI協議相結合是可行的方法。

一個很好的例子是Winbond W25Q80BVSNIG SPI串行閃存。雖然較大的8引腳封裝并不像目前為止所討論的5引腳或6引腳器件那么小，但是高密度（由4頁256字節組成的4K頁面組成的8 Mbit/1 Mbyte）和104 MHz比特率讓這部分保持不變不只是多個查找表。影子代碼，將被緩存的運行時代碼，圖形頁面等可以與查找數據共存。

由于頁面訪問功能，微內部的SRAM塊可能必須用于緩存您正在尋找的數據頁面。這可能使得該過程比直接查找更加密集，就像我們對字節可尋址的I2C部分一樣。盡管如此，可用的密度和速度使這些部件值得關注。例如，您可以使用此方法來利用密度高達1 Gbit的器件，如108 MHz 24引腳BGA Micron N25Q00AA13G1240E SPI串行閃存。