Kā padarīt ADC pašreizējo sajūtu: 5 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Šajā pamācībā mēs aprakstīsim, kā SLG46855V ieviest 8 bitu analogo ciparu pārveidotāju (ADC), kas var uztvert slodzes strāvu un saskarni ar MCU, izmantojot I2C. Šo dizainu var izmantot dažādiem strāvas noteikšanas lietojumiem, piemēram, ampērmetriem, kļūdu noteikšanas sistēmām un degvielas mērītājiem.

Tālāk mēs aprakstījām darbības, kas vajadzīgas, lai saprastu, kā risinājums ir ieprogrammēts, lai radītu ADC pašreizējo sajūtu. Tomēr, ja vēlaties tikai iegūt programmēšanas rezultātu, lejupielādējiet GreenPAK programmatūru, lai apskatītu jau pabeigto GreenPAK dizaina failu. Pievienojiet GreenPAK attīstības komplektu datoram un nospiediet programmu, lai izveidotu ADC pašreizējo sajūtu.

1. solis: ADC arhitektūra

ADC būtībā sastāv no analogā salīdzinājuma un digitālā-analogā pārveidotāja (DAC). Salīdzinātājs uztver ieejas spriegumu pret DAC izejas spriegumu un pēc tam kontrolē, vai palielināt vai samazināt DAC ievades kodu tā, lai DAC izeja saplūst ar ieejas spriegumu. Iegūtais DAC ievades kods kļūst par ADC ciparu izvades kodu.

Īstenojot, mēs izveidojam DAC, izmantojot impulsa platuma modulācijas (PWM) kontrolētu rezistoru tīklu. Mēs varam viegli izveidot precīzu digitāli kontrolētu PWM izvadi, izmantojot GreenPAK. Filtrēts PWM kļūst par mūsu analogo spriegumu un tādējādi kalpo kā efektīvs DAC. Šīs pieejas atšķirīgā priekšrocība ir tā, ka ir viegli iestatīt spriegumus, kas atbilst nulles kodam un pilnai skalai (līdzvērtīgi nobīdei un pastiprinājumam), vienkārši pielāgojot rezistoru vērtības. Piemēram, lietotājs ideālā gadījumā vēlas nolasīt nulles kodu no temperatūras sensora bez strāvas (0 µA), kas atbilst 4,3 V, un pilna mēroga kodu pie 1000 µA, kas atbilst 3,9 V (1. tabula). To ir viegli īstenot, vienkārši iestatot dažas rezistoru vērtības. Ja ADC diapazons atbilst interesējošajam sensora diapazonam, mēs vislabāk izmantojam ADC izšķirtspēju.

Šīs arhitektūras dizaina apsvērums ir tāds, ka iekšējai PWM frekvencei jābūt daudz ātrākai par ADC atjaunināšanas ātrumu, lai novērstu nepietiekamu tās vadības cilpas darbību. Vismaz tam vajadzētu būt ilgākam par ADC datu skaitītāja pulksteni, kas dalīts ar 256. Šajā konstrukcijā ADC atjaunināšanas periods ir iestatīts uz 1,3312 ms.

2. darbība: iekšējā shēma

Elastīgā ADC pamatā ir Dialog Semiconductor AN-1177 prezentētais dizains. Pulksteņa ātrums tiek palielināts no 1 MHz līdz 12,5 MHz, lai pulksteņotu ADC skaitītāju, jo SLG46855 ir pieejams 25 MHz pulkstenis. Tas nodrošina daudz ātrāku atjaunināšanas ātrumu, lai iegūtu precīzāku parauga izšķirtspēju. LUT pulksteņa ADC datu pulkstenis tiek mainīts, lai tas izietu caur 12,5 MHz signālu, kad PWM DFF ir zems.

3. darbība: ārējā ķēde

Lai pārveidotu PWM par analogo spriegumu, tiek izmantots ārējs rezistors un kondensatoru tīkls, kā parādīts shēmas shēmā 1. attēlā. Vērtības tiek aprēķinātas maksimālajai izšķirtspējai maksimālajai strāvai, ko ierīce uztvers. Lai panāktu šo elastību, mēs pievienojam rezistorus R1 un R2 paralēli VDD un zemei. Rezistoru dalītājs sadala VBAT uz sprieguma diapazona zemo pusi. Paredzamā minimālā VBAT dalītāja koeficientu var atrisināt, izmantojot 1. vienādojumu.

4. solis: I2C Izlasiet instrukcijas

1. tabulā ir aprakstīta I2C komandu struktūra, lai nolasītu CNT0 saglabātos datus. I2C komandām ir nepieciešams sākuma bits, vadības baits, vārda adrese, lasīšanas bits un apturēšanas bits.

I2C komandas piemērs CNT0 skaitītās vērtības lasīšanai ir uzrakstīts zemāk:

[0x10 0xA5] [0x11 R]

Atskaitītā vērtība būs ADC koda vērtība. Piemēram, Arduino kods ir iekļauts šīs lietojumprogrammas piezīmes ZIP failā Dialog vietnē.

5. darbība. Rezultāti

Lai pārbaudītu ADC strāvas jutības konstrukcijas precizitāti, izmērītās vērtības noteiktā slodzes strāvā un VDD līmenī tika salīdzinātas ar teorētisko vērtību. Teorētiskās ADC vērtības tika aprēķinātas ar 2. vienādojumu.

ILOAD, kas korelē ar ADC vērtību, ir atrodams ar vienādojumu 3.

Šādiem rezultātiem es izmantoju šīs 3. tabulā norādītās komponentu vērtības.

ADC vērtības izšķirtspēju uz ILOAD konversiju var aprēķināt, izmantojot vienādojumu 3 ar izmērītajām vērtībām 2. tabulā un ADC vērtību kā 1. Ja VBAT ir 3,9 V, izšķirtspēja ir 4,96 µA/div.

Lai optimizētu ADC strāvas jutības ķēdi līdz minimālajam VDD līmenim 3,6 V ar maksimālo strāvu 1100 µA un 381 Ω sensoru rezistoru, ideālais dalītāja koeficients būtu 0,884, pamatojoties uz 1. vienādojumu. 2, faktiskajam dalītājam ir dalītāja koeficients 0,876. Tā kā tas ir nedaudz mazāks, tas nodrošinās nedaudz lielāku slodzes strāvas diapazonu, tāpēc ADC vērtības ir tuvu visam diapazonam, bet nepārplūst. Faktisko dalītāja vērtību aprēķina ar vienādojumu 4.

Iepriekš (2.-6. Attēls, 4.-6. Tabula) ir ķēdes mērījumi trīs sprieguma līmeņos: 4,3 V, 3,9 V un 3,6 V. Katrā līmenī tiek parādīts grafiks, kurā parādīta atšķirība starp izmērītajām un teorētiskajām ADC vērtībām. Teorētiskās vērtības tiek noapaļotas līdz tuvākajam veselam skaitlim. Ir kopsavilkuma grafiks, lai salīdzinātu atšķirības trīs sprieguma līmeņos. Pēc tam ir grafiks, kas parāda korelāciju starp teorētiskajām ADC vērtībām un slodzes strāvu dažādos sprieguma līmeņos.

Secinājums

Ierīce tika pārbaudīta trīs sprieguma līmeņos: 3,6 V, 3,9 V un 4,3 V. Šo spriegumu diapazons modelē pilnu litija jonu akumulatoru, kas izlādējas līdz nominālajam līmenim. No trim sprieguma līmeņiem tiek novērots, ka ierīce parasti bija precīzāka pie 3,9 V izvēlētajai ārējai ķēdei. Atšķirība starp izmērītajām un teorētiskajām ADC vērtībām bija tikai viena decimāldaļa pie slodzes strāvām 700 - 1000 µA. Dotajā sprieguma diapazonā izmērītās ADC vērtības sliktākajā gadījumā bija par 3 zīmēm aiz komata virs nominālajiem apstākļiem. Var optimizēt rezistoru dalītāju, lai optimizētu dažādus VDD sprieguma līmeņus.