Az ADC aktuális értelmezése: 5 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Ebben az utasításban leírjuk, hogyan lehet megvalósítani egy 8 bites analóg-digitális átalakítót (ADC) az SLG46855V-ben, amely képes érzékelni a terhelési áramot és az interfészt az MCU-val I2C-n keresztül. Ez a kialakítás használható különféle áramérzékelő alkalmazásokhoz, például ampermérőkhöz, hibafelismerő rendszerekhez és üzemanyag -mérőkhöz.

Az alábbiakban leírtuk azokat a lépéseket, amelyek szükségesek annak megértéséhez, hogy a megoldás hogyan lett programozva az ADC aktuális érzékelésének létrehozásához. Ha azonban csak a programozás eredményét szeretné elérni, töltse le a GreenPAK szoftvert a már elkészült GreenPAK tervezési fájl megtekintéséhez. Csatlakoztassa a GreenPAK fejlesztőkészletet a számítógépéhez, és nyomja meg a programot az ADC aktuális érzékelésének létrehozásához.

1. lépés: ADC architektúra

Az ADC lényegében egy analóg összehasonlítóból és egy digitális-analóg konverterből (DAC) áll. Az összehasonlító érzékeli a bemeneti feszültséget a DAC kimeneti feszültséggel szemben, és ezt követően szabályozza, hogy növelje vagy csökkentse a DAC bemeneti kódot, így a DAC kimenet konvergál a bemeneti feszültséghez. A kapott DAC bemeneti kód az ADC digitális kimeneti kódja lesz.

A megvalósítás során létrehozunk egy DAC-t egy impulzus-szélesség moduláció (PWM) vezérelt ellenálláshálózat használatával. A GreenPAK segítségével könnyen létrehozhatunk egy precíz, digitálisan vezérelt PWM kimenetet. A PWM szűréskor analóg feszültségünk lesz, és így hatékony DAC -ként szolgál. Ennek a megközelítésnek egyértelmű előnye, hogy egyszerűen beállítható a nulla kódnak és a teljes skálának megfelelő feszültség (egyenértékű eltolás és erősítés) az ellenállás értékeinek egyszerű beállításával. Például a felhasználó ideális esetben a nulla kódot szeretné leolvasni egy 4,3 V-nak megfelelő áramerősségű (0 µA) hőmérséklet-érzékelőből, és a teljes skálájú kódot 1000 µA-nál 3,9 V-nak (1. táblázat). Ez egyszerűen megvalósítható néhány ellenállásérték beállításával. Azáltal, hogy az ADC tartomány megfelel az érdeklődő érzékelő tartománynak, a legnagyobb mértékben kihasználjuk az ADC felbontást.

Ennek az architektúrának a tervezési szempontja az, hogy a belső PWM frekvenciának sokkal gyorsabbnak kell lennie, mint az ADC frissítési gyakorisága, hogy megakadályozza a vezérlőhurok alulcsillapított viselkedését. Legalább hosszabbnak kell lennie, mint az ADC adatszámláló órája osztva 256 -tal. Ennél a kialakításnál az ADC frissítési periódusa 1,3312 ms.

2. lépés: Belső áramkör

A rugalmas ADC a Dialog Semiconductor AN-1177-ben bemutatott tervezésen alapul. Az órajelet 1 MHz -ről 12,5 MHz -re növeljük, hogy az ADC számlálót órajelezze, mivel az SLG46855 rendelkezik 25 MHz -es órával. Ez sokkal gyorsabb frissítési gyakoriságot tesz lehetővé a finomabb mintafelbontás érdekében. Az ADC adatátviteli órát módosító LUT úgy változik, hogy áthalad a 12,5 MHz -es jelen, ha a PWM DFF alacsony.

3. lépés: Külső áramkör

Egy külső ellenállást és kondenzátorhálózatot használnak a PWM analóg feszültséggé alakítására, amint azt az 1. ábra kapcsolási rajza mutatja. Az értékeket az eszköz által érzékelt maximális áram maximális felbontására számítják ki. E rugalmasság elérése érdekében az R1 és R2 ellenállásokat a VDD -vel és a földdel párhuzamosan adjuk hozzá. Egy ellenállásosztó osztja le a VBAT -ot a feszültségtartomány alacsony oldalára. A várható minimális VBAT osztóarányát az 1 egyenlet segítségével lehet megoldani.

4. lépés: I2C Olvassa el az utasításokat

Az 1. táblázat leírja az I2C parancsstruktúrát a CNT0 -ban tárolt adatok visszaolvasásához. Az I2C parancsokhoz kezdő bit, vezérlőbájt, szócím, olvasási bit és leállítási bit szükséges.

Az alábbiakban egy példa az I2C parancsra olvassa vissza a CNT0 számlált értékét:

[0x10 0xA5] [0x11 R]

A visszaolvasott számított érték az ADC kód értéke lesz. Példaként egy Arduino -kód szerepel a Dialog webhelyén található alkalmazásjegyzet ZIP -fájljában.

5. lépés: Eredmények

Az ADC áramérzékelő tervezés pontosságának teszteléséhez az adott terhelési áram és VDD szint mért értékeit összehasonlították egy elméleti értékkel. Az elméleti ADC értékeket a 2 egyenlettel számoltuk.

Az ADC értékkel korreláló ILOAD a 3. egyenlettel található.

A következő eredményekhez ezeket a 3. táblázatban szereplő komponensértékeket használtam.

Az ADC -érték ILOAD -konverzióra való felbontását a 3. egyenlet segítségével lehet kiszámítani, a 2. táblázatban mért értékekkel és az ADC -értéket 1. Ha a VBAT értéke 3,9 V, a felbontás 4,96 µA/oszt.

Annak érdekében, hogy az ADC áramérzékelő áramkört legalább 3,6 V VDD szintre optimalizálhassuk 1100 µA maximális árammal és 381 Ω érzékelő ellenállással, az ideális osztó együttható 0,884 lenne az 1. egyenlet alapján. A táblázatban megadott értékekkel A 2. ábrán a tényleges osztó osztó együtthatója 0,876. Mivel ez valamivel kevesebb, valamivel nagyobb terhelési áramtartományt tesz lehetővé, így az ADC értékek közel vannak a teljes tartományhoz, de nem fognak túlcsordulni. A tényleges osztóérték kiszámítása a 4 egyenlettel történik.

A fenti (2-6. Ábra, 4-6. Táblázat) az áramkör három feszültségszinten mért méréseit tartalmazza: 4,3 V, 3,9 V és 3,6 V. Minden szinten megjelenik egy grafikon, amely a mért és az elméleti ADC értékek közötti különbséget mutatja. Az elméleti értékeket a legközelebbi egész számra kerekítik. Van egy összefoglaló grafikon, amely összehasonlítja a különbségeket a három feszültségszinten. Ezt követően egy grafikon mutatja az összefüggést az elméleti ADC értékek és a terhelési áram között a különböző feszültségszinteken.

Következtetés

A készüléket három feszültségszinten tesztelték: 3,6 V, 3,9 V és 4,3 V. Ezen feszültségek tartománya teljes lítium -ion akkumulátort modellez, amely a névleges szintre merül. A három feszültségszint közül megfigyelhető, hogy a készülék jellemzően 3,9 V -nál volt pontosabb a választott külső áramkörnél. A mért és az elméleti ADC értékek közötti különbség csak 1 tizedes érték volt a 700 - 1000 µA terhelési áramoknál. Az adott feszültségtartományban a mért ADC értékek a legrosszabb esetben 3 tizedes ponttal a névleges feltételek felett voltak. Az ellenállásosztó további beállításai elvégezhetők a különböző VDD feszültségszintek optimalizálása érdekében.