כיצד לגרום ל- ADC לחוש נוכחי: 5 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

במדריך זה נתאר כיצד ליישם ממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC) של 8 סיביות ב- SLG46855V שיכול לחוש זרם עומס וממשק עם MCU באמצעות I2C. ניתן להשתמש בעיצוב זה ליישומי חישה שוטפים שונים כגון אממטרים, מערכות לזיהוי תקלות ומדי דלק.

להלן תיארנו את הצעדים הדרושים להבין כיצד הפתרון תוכנת ליצירת החוש הנוכחי של ADC. עם זאת, אם אתה רק רוצה לקבל את התוצאה של התכנות, הורד את תוכנת GreenPAK כדי לצפות בקובץ העיצוב GreenPAK שכבר הושלם. חבר את ערכת הפיתוח של GreenPAK למחשב שלך והקש על התוכנית כדי ליצור את החוש הנוכחי של ADC.

שלב 1: אדריכלות ADC

ה- ADC מורכב בעיקרו של משווה אנלוגי וממיר דיגיטלי לאנלוגי (DAC). המשווה מזהה את מתח הכניסה מול מתח המוצא של DAC, ולאחר מכן שולט אם להעלות או להקטין את קוד הכניסה של DAC, כך שפלט ה- DAC יכנס למתח הכניסה. קוד הכניסה DAC המתקבל הופך לקוד הפלט הדיגיטלי של ADC.

ביישום שלנו, אנו יוצרים DAC באמצעות רשת נגדים מבוקרת ברוחב הדופק (PWM). אנו יכולים ליצור בקלות פלט PWM דיגיטלי מבוקר דיגיטלי באמצעות GreenPAK. ה- PWM כאשר מסונן הופך למתח האנלוגי שלנו ולכן משמש כ- DAC יעיל. יתרון מובהק של גישה זו הוא שקל להגדיר את המתחים המתאימים לקוד אפס ולהיקף מלא (קיזוז ורווח שווה ערך) על ידי התאמת ערכי הנגד. לדוגמה, משתמש רוצה לקרוא באופן אידיאלי קוד אפס מחיישן טמפרטורה ללא זרם (0 µA) המקביל ל- 4.3 V, וקוד בקנה מידה מלא ב 1000 µA המקביל ל- 3.9 V (טבלה 1). זה מיושם בקלות על ידי הגדרת כמה ערכי הנגד. על ידי כך שטווח ה- ADC תואם את טווח החיישנים המעניין, אנו עושים שימוש רב ביותר ברזולוציית ה- ADC.

שיקול עיצוב לארכיטקטורה זו הוא שתדר PWM פנימי צריך להיות מהיר בהרבה משיעור העדכון של ADC כדי למנוע התנהגות לא רטובה של לולאת הבקרה שלו. לכל הפחות הוא צריך להיות ארוך יותר משעון מונה הנתונים של ADC מחולק ב 256. בעיצוב זה, תקופת העדכון של ADC נקבעת ל- 1.3312 אלפיות השנייה.

שלב 2: מעגל פנימי

ה- ADC הגמיש מבוסס על העיצוב המוצג ב- Dialog Semiconductor AN-1177. מהירות השעון מוגברת מ -1 מגה -הרץ ל -12.5 מגה -הרץ על מנת לשעון את מונה ה- ADC מכיוון של- SLG46855 יש שעון של 25 מגה -הרץ זמין. זה מאפשר קצב עדכון הרבה יותר מהיר לרזולוציית מדגם עדין יותר. שעון ה- LUT בשעון נתוני ה- ADC משתנה כך שהוא יעבור באות 12.5 מגהרץ כאשר ה- DFF PWM נמוך.

שלב 3: מעגל חיצוני

הנגד החיצוני ורשת הקבלים משמשים להמרת PWM למתח אנלוגי כפי שמוצג בתרשים המעגל באיור 1. הערכים מחושבים לרזולוציה מקסימלית עבור הזרם המרבי שהמכשיר יחוש. כדי להשיג גמישות זו, אנו מוסיפים נגדים R1 ו- R2 במקביל ל- VDD ולאדמה. מחלק נגדים מחלק את VBAT לצד הנמוך של טווח המתחים. ניתן לפתור את יחס המחיצה עבור VBAT מינימלי צפוי באמצעות המשוואה 1.

שלב 4: קרא את הוראות I2C

טבלה 1 מתארת את מבנה הפקודה I2C כדי לקרוא את הנתונים המאוחסנים ב- CNT0. פקודות I2C דורשות ביט התחלה, בת שליטה, כתובת מילה, ביט קריאה וביט עצירה.

להלן פקודה I2C לקריאת ערך הספירה CNT0:

[0x10 0xA5] [0x11 R]

הערך המסופר שיקרא בחזרה יהיה ערך קוד ה- ADC. כדוגמה, קוד Arduino כלול בקובץ ה- ZIP של פתק היישום הזה באתר של Dialog.

שלב 5: תוצאות

כדי לבדוק את הדיוק של עיצוב החוש הנוכחי ADC, הערכים הנמדדים בזרם עומס נתון ורמת VDD הושוו לערך תיאורטי. ערכי ה- ADC התיאורטיים חושבו בעזרת המשוואה 2.

ה- ILOAD המתואם עם ערך ADC נמצא עם המשוואה 3.

לתוצאות הבאות השתמשתי בערכי רכיבים אלה המוצגים בטבלה 3.

ניתן לחשב את הרזולוציה של ערך ה- ADC להמרת ILOAD באמצעות משוואה 3 עם הערכים הנמדדים בטבלה 2 וערך ה- ADC מוגדר ל- 1. עם VBAT של 3.9 V הרזולוציה היא 4.96 µA/div.

על מנת לייעל את מעגל החושים הנוכחי של ADC לרמת VDD מינימלית של 3.6 V עם זרם מרבי של 1100 µA ונגד חשה של 381 Ω, מקדם המחלק האידיאלי יהיה 0.884, בהתבסס על משוואה 1. עם הערכים שניתנו בטבלה 2, למפריד בפועל יש מקדם מחלק של 0.876. מכיוון שזה מעט פחות, הוא יאפשר טווח זרם עומס מעט גדול יותר כך שערכי ה- ADC יהיו קרובים לטווח המלא אך לא יעלו על גדותיהם. ערך המחלק בפועל מחושב בעזרת המשוואה 4.

למעלה (איורים 2-6, טבלאות 4-6) נמצאות המדידות של המעגל בשלוש רמות מתח: 4.3 V, 3.9 V ו- 3.6 V. כל רמה מציגה גרף המציג את ההבדל בין ערכי ה- ADC הנמדדים לתיאורטיים. ערכים תיאורטיים מעוגלים למספר השלם השלם הקרוב ביותר. יש גרף סיכום להשוואת ההבדלים בשלוש רמות המתח. לאחר מכן יש גרף המציג את המתאם בין ערכי ה- ADC התיאורטיים לבין זרם העומס ברמות המתח השונות.

סיכום

המכשיר נבדק בשלוש רמות מתח: 3.6 וולט, 3.9 וולט ו -4.3 וו. טווח המתחים מדגם סוללת ליתיום יון מלאה הניתנת לרמה הנומינלית שלה. מתוך שלוש רמות המתח, נצפה כי המכשיר בדרך כלל היה מדויק יותר ב -3.9 V עבור המעגל החיצוני שנבחר. ההבדל בין ערכי ה- ADC הנמדדים והתיאורטיים היה רק ערך עשרוני אחד כבוי בזרמי עומס של 700 - 1000 µA. בטווח המתח הנתון, ערכי ה- ADC הנמדדים היו 3 נקודות עשרוניות מעל התנאים הנומינליים במקרה הגרוע ביותר. ניתן לבצע התאמות נוספות של מחלק הנגד כדי לייעל רמות מתח VDD שונות.