Az MCP19114/5 egyik alapeleme, az integrált, 10 bites A/D-átalakító, vagyis digitalizáló pontosságát mérés közben számos paraméter befolyásolja, így a zaj, az ofszethibák, a diff erenciális és integrális nemlinearitási (DNL és INL: Diff erential Non-Linearity és Integral Non-Linearity) hibák, valamint a digitalizáló referenciafeszültségének ingadozásából adódó pontatlanságok. Ezek a hibaforrások szobahőmérsékleten alappontatlanságokat eredményeznek, azonban a hőmérséklet-ingadozás következtében ezek módosulnak, ezért ennek hatását semmiképp sem szabad figyelmen kívül hagyni. A jó hír, hogy ezeket a hibákat különböző kompenzációs technikákkal mérsékelni lehet.
A mérési hibák kompenzálásának egyik hatékony módja a gyári kalibrálás, azonban a referenciafeszültség pontatlanságát és hőmérsékleti driftjét nem lehet egyszerűen korrigálni, és mindkettő jelentős befolyással van a mérésekre. Az A/D-átalakítós mérések pontosságát kétféle módon, arányméréses és aránymérés nélküli megközelítéssel lehet biztosítani, amelyekhez hardverre és szoftverre egyaránt szükség van.
Aránymérés nélküli kompenzáció
Az aránymérés nélküli megközelítés lényege, hogy a mérendő jel az A/D-átalakító referenciaforrására nem kerül vonatkoztatásra (az MCP19114/5 esetében az A/D-átalakító referenciafeszültségének jele AVDD). Ehhez az aránymérés nélküli módszerhez egy ismert pontosságú jel mérése szükséges, amely mérést fel lehet használni más mérések eredményének korrigálására (lásd 1. ábra).
Az 1. és 2. egyenletben Vjel méréséhez egy VBGR jelöléssel ellátott, pontos belső jelet használtunk fel. A VBGR referencia gyári kalibrációjával a pontosság 1%-on belül van, a melegedési tolerancia mértéke ±2,5%. Az A/D-átalakító referenciájának pontosságából és a hőmérsékleti driftből adódó romlást nullára redukáltuk azzal, hogy a hőmérséklet függvényében pontosabb VBGR jelre vonatkoztatunk. A VBGR jelet az A/D-átalakítón belül ki lehet olvasni. Az aránymérés nélküli kompenzáció tehát egy matematikai jellegű megközelítés annak érdekében, hogy az A/D-átalakító referenciájából adódó hibákat kiküszöbölhessük.
Arányméréses kompenzáció
Egy másik lehetőség a mérési hiba csökkentésére az arányméréses kompenzáció implementálása. Az arányméréses kompenzációs A/D-átalakítós méréseket jellemzően olyan feszültségforrással végzik el, amelyet a céláramkör gerjesztésére és az A/D-átalakító referenciájaként egyaránt használnak. A mért jel arányos a referenciafeszültséggel, ezáltal a mérés pontossága a referenciafeszültség helyett nagyobb mértékben az érzékelő ellenállás minőségétől függ.
Bizonyos esetekben az A/D-átalakító referenciája (AVDD) nem pontosan ugyanaz a forrás, mint az, amit a céláramkör gerjesztésére használnak (VDD). Ahhoz, hogy az eszközzel arányméréses A/D-átalakítós méréseket tudjunk végezni, bevezetjük az energiaforrás gyárilag tárolt A/D-átalakítós mérési értékét. Példánkban VDD/2 (HFVDD) elemi ADC-egységben kifejezett, belső értéke elérhető az MCP19114/5 számára (lásd 2. ábra). Amint a 3. egyenlet K paramétere kiszámításra került, R2 értéke is meghatározható.
Technikák a gyakorlatban
A feszültségküszöbszint-ellenőrzést aránymérés nélküli mérésekkel lehet implementálni. Az olyan rendszerekben, ahol több üzemi pont vagy küszöbszint megkülönböztetésére van szükség, összehasonlító táblázat is implementálható. A VADC_jel (counts) az elődefiniált értékekkel összevethető, amely alapján a rendszer összehasonlításon alapuló döntéseket hozhat meg (lásd 1. egyenlet).
A mérési eredmény küszöbszinttel való összehasonlítása helyett előnyösebb lehet a Vjel feszültséget közvetlenül mérni. A 2. egyenletet alkalmazva Vjel mért értéke kompenzálható.
Az M arányszám definíciója:
Az M behelyettesítése a 2. egyenletbe:
A rendszertervező számára adott lehetőség M értékét felsőbb rendszerszintekre továbbítani, elkerülendő a helyi szorzás okozta erőforrás-felhasználást. Vjel értéke az 5. egyenlet alapján számítható.
A firmware optimalizálása során hasznos eszköz a szukcesszív approximációs megközelítés követése, amely a szorzási és osztási műveletekhez képest jobb számítási hatékonyságot ígér. A szorzás és osztás elkerülhető egy speciális, matematikai hatékonyságra optimalizált hardverkonfiguráció használatával (lásd 3. ábra).
R1 és R2 ellenállások értéke úgy kerül megválasztásra, hogy az 
tényező speciális értéket vegyen fel az alábbi 6. egyenlet szerint:
Mivel a korábbiakból tudjuk azt, hogy VBGR = 1,23 V, az 5. egyenlet felhasználásával az alábbi 7. egyenlethez jutunk:
Digitális rendszerben 2 N-edik hatványával végzett szorzásnál az eredmény N bittel való eltolás a 2N értékkel való konkrét szorzás helyett. Ezen a ponton a léptetéses művelet lehetősége miatt az osztás és szorzás kódolás útján történő elvégzése szükségtelen.
A 4. ábra az MCP19114/5 analóg vezérlővel megvalósított Vbe-, Vki-, hőmérséklet- és kódbinmérést mutatja be.
A kódoptimalizálást illetően a 4. ábrán látható implementációban egyetlen mérő szubrutin végzi az összes jel mérését. Az alkalmazáshoz az NTCLE305E4103SB jelű termisztor került kiválasztásra, amely a -40 … 125 °C tartományban, 1 °C felbontással képes hőmérsékletet mérni. A Vbe-mérések a 0 … 23,4 V tartományt ölelik fel, 0,125 V felbontással, amely ráadásul firmware-ből könnyen konfigurálható. A Vki-mérések a 0 … 93,6 V tartománnyal kompatibilisek, 0,5 V felbontással, szintén firmware-es konfiguráció lehetőségével. Ha az egyik BIN jelű, binválasztó ellenállás az áramkörbe csatlakozik, a binmérő szubrutin 0 és 9 közötti számmal tér vissza. A rendszert leíró programkódminta a Microchip Technology AN1882 számú alkalmazástechnikai jegyzetében található meg.
Összefoglalás
A digitális, bővített funkcionalitású MCP19114/5 analóg PWM vezérlőt integrált mikroprocesszoros egysége emeli ki az analóg vezérlők mezőnyéből. A cikkben ismertetett technikákkal a mérőrendszerek pontossága és teljesítménye jelentősen bővíthető, legyen szó akár arányméréses vagy aránymérés nélküli analóg-digitális átalakításról. Az ismertetett példákkal könnyen megalkotható olyan firmware, amely hardver hozzáadása nélkül biztosít jelentős előrelépést pontosság és teljesítmény tekintetében.
