Kuidas muuta ADC praeguseks: 5 sammu

2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-23 14:40

Selles juhendis kirjeldame, kuidas rakendada SLG46855V-s 8-bitist analoog-digitaalmuundurit (ADC), mis suudab I2C kaudu tajuda koormusvoolu ja liidest MCU-ga. Seda disaini saab kasutada mitmesuguste vooluandurite jaoks, näiteks ampermeetrid, rikete tuvastamise süsteemid ja kütusemõõturid.

Allpool kirjeldasime samme, mida on vaja mõista, kuidas lahendus on programmeeritud ADC praeguse tunde loomiseks. Kui aga soovite lihtsalt programmeerimise tulemust saada, laadige GreenPAKi tarkvara alla, et vaadata juba valminud GreenPAK disainifaili. Ühendage GreenPAK arenduskomplekt arvutiga ja vajutage programmi, et luua ADC praegune tunne.

Samm: ADC arhitektuur

ADC koosneb põhiliselt analoogvõrdlejast ja digitaal-analoogmuundurist (DAC). Võrdleja tuvastab sisendpinget võrreldes DAC -väljundpingega ja kontrollib seejärel, kas suurendada või vähendada DAC -sisendkoodi nii, et DAC -väljund läheneb sisendpingele. Saadud DAC sisendkood muutub ADC digitaalseks väljundkoodiks.

Oma rakenduses loome DAC, kasutades impulss-laiuse modulatsiooni (PWM) juhitud takisti võrku. GreenPAKi abil saame hõlpsalt luua täpse digitaalselt juhitava PWM -väljundi. Filtreeritud PWM muutub meie analoogpingeks ja on seega tõhus DAC. Selle lähenemisviisi selge eelis on see, et takistite väärtuste reguleerimisega on lihtne seadistada pinge, mis vastab nullkoodile ja täisskaalale (samaväärselt nihe ja võimendus). Näiteks soovib kasutaja ideaalis lugeda nullkoodi temperatuuriandurilt, mille vool puudub (0 µA), mis vastab 4,3 V-le, ja täismahus koodi 1000 µA juures, mis vastab 3,9 V-le (tabel 1). Seda on lihtne rakendada, seadistades lihtsalt mõned takisti väärtused. Kui ADC vahemik vastab anduri huvipakkuvale vahemikule, kasutame kõige paremini ära ADC eraldusvõimet.

Selle arhitektuuri projekteerimisel on arvestatud sellega, et sisemine PWM -sagedus peab olema palju kiirem kui ADC värskendussagedus, et vältida selle juhtimisahela alahinnatud käitumist. Vähemalt peaks see olema pikem kui ADC andmete loenduri kell jagatud 256. Selle konstruktsiooni korral on ADC värskendusperioodiks seatud 1,3312 ms.

Samm: sisemine vooluahel

Paindlik ADC põhineb Dialog Semiconductor AN-1177 esitatud kujundusel. ADC loenduri kellaajaks suurendatakse taktsagedust 1 MHz -lt 12,5 MHz -le, kuna SLG46855 -l on saadaval 25 MHz kell. See võimaldab palju kiiremat värskendamiskiirust, mis tagab parema proovi eraldusvõime. ADC andmekella LL kellaaeg on muudetud, nii et see läbib 12,5 MHz signaali, kui PWM DFF on madal.

Samm: väline ahel

PWM -i teisendamiseks analoogpingeks kasutatakse välist takistit ja kondensaatorivõrku, nagu on näidatud skeemi joonisel 1. Väärtused arvutatakse seadme maksimaalse voolu maksimaalse eraldusvõime jaoks. Selle paindlikkuse saavutamiseks lisame VDD ja maandusega paralleelselt takistid R1 ja R2. Takisti jagaja jagab VBAT -i pingevahemiku madalale küljele. Eeldatava minimaalse VBAT -i jagaja suhte saab lahendada võrrandi 1 abil.

Samm 4: I2C Lugege juhiseid

Tabelis 1 kirjeldatakse I2C käsustruktuuri CNT0 -sse salvestatud andmete lugemiseks. I2C käsud nõuavad algusbitti, juhtbaiti, sõnaaadressi, lugemisbitti ja stopbitit.

Allpool on kirjutatud näide I2C käsust CNT0 loendatud väärtuse lugemiseks:

[0x10 0xA5] [0x11 R]

Tagasi loetud loetud väärtus on ADC -koodi väärtus. Näitena on Dialogi veebisaidil selle rakenduse märkuse ZIP -faili lisatud Arduino kood.

5. samm: tulemused

ADC voolutundlikkuse disaini täpsuse kontrollimiseks võrreldi antud koormusvoolu ja VDD tasemel mõõdetud väärtusi teoreetilise väärtusega. Teoreetilised ADC väärtused arvutati võrrandiga 2.

ILOAD, mis korreleerub ADC väärtusega, leitakse võrrandiga 3.

Järgmiste tulemuste jaoks kasutasin neid tabelis 3 näidatud komponentide väärtusi.

ADC väärtuse eraldusvõime ILOAD muundamiseks saab arvutada, kasutades võrrandit 3, mille tabelis 2 on mõõdetud väärtused ja ADC väärtus on 1. Kui VBAT on 3,9 V, on eraldusvõime 4,96 µA/jag.

Selleks, et optimeerida ADC vooluanduri vooluahelat minimaalsele VDD tasemele 3,6 V, maksimaalse vooluga 1100 µA ja 381 Ω tundliku takistiga, oleks ideaalne jagajakoefitsient võrrandi 1 põhjal 0,884. Tabelis toodud väärtustega. Nagu on näidatud joonisel 2, on tegeliku jagaja jagajakoefitsient 0,876. Kuna see on veidi väiksem, võimaldab see koormusvoolu veidi suuremat vahemikku, nii et ADC väärtused on kogu vahemiku lähedal, kuid ei ületa. Jaoturi tegelik väärtus arvutatakse võrrandiga 4.

Eespool (joonised 2-6, tabelid 4-6) on vooluahela mõõtmised kolmel pingetasemel: 4,3 V, 3,9 V ja 3,6 V. Igal tasemel kuvatakse graafik, mis näitab erinevust mõõdetud ja teoreetiliste ADC väärtuste vahel. Teoreetilised väärtused ümardatakse lähima täisarvuni. Kolme pingetaseme erinevuste võrdlemiseks on olemas kokkuvõtlik graafik. Pärast seda on graafik, mis näitab korrelatsiooni teoreetiliste ADC väärtuste ja koormusvoolu vahel erinevatel pingetasemetel.

Järeldus

Seadet testiti kolmel pingetasemel: 3,6 V, 3,9 V ja 4,3 V. Nende pingete vahemikus modelleeritakse täis liitiumioonaku, mis laeb oma nimitasemele. Kolmest pingetasemest on täheldatud, et seade oli valitud välise vooluahela puhul tavaliselt täpsem 3,9 V juures. Erinevus mõõdetud ja teoreetiliste ADC väärtuste vahel oli 700–1000 µA koormusvoolude korral vaid üks kümnendkoha väärtus. Antud pingevahemikus olid mõõdetud ADC väärtused halvimal juhul 3 kümnendkoha võrra nominaalsetest tingimustest kõrgemad. Takisti jagajat saab täiendavalt reguleerida, et optimeerida erinevaid VDD pingetasemeid.