Kako narediti ADC trenutni občutek: 5 korakov

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-23 15:08

V tem navodilu bomo opisali, kako v SLG46855V implementirati 8-bitni analogno-digitalni pretvornik (ADC), ki lahko zazna tok obremenitve in vmesnik z MCU prek I2C. Ta zasnova se lahko uporablja za različne aplikacije zaznavanja toka, kot so ampermetri, sistemi za odkrivanje napak in merilniki goriva.

Spodaj smo opisali korake, potrebne za razumevanje, kako je bila rešitev programirana za ustvarjanje trenutnega občutka ADC. Če pa želite samo doseči rezultat programiranja, prenesite programsko opremo GreenPAK, če si želite ogledati že dokončano oblikovalsko datoteko GreenPAK. Priključite razvojni komplet GreenPAK na računalnik in pritisnite program, da ustvarite trenutni občutek ADC.

1. korak: Arhitektura ADC

ADC je v bistvu sestavljen iz analognega primerjalnika in digitalno-analognega pretvornika (DAC). Primerjalnik zazna vhodno napetost v primerjavi z izhodno napetostjo DAC in nato nadzira, ali je treba vhodno kodo DAC povečati ali zmanjšati, tako da izhod DAC konvergira na vhodno napetost. Nastala vhodna koda DAC postane digitalna izhodna koda ADC.

V naši izvedbi ustvarimo DAC z uporabo upora omrežja, ki je krmiljeno s pulzno širinsko modulacijo (PWM). Z GreenPAK -om lahko preprosto ustvarimo natančen digitalno vodeni izhod PWM. PWM, ko je filtriran, postane naša analogna napetost in tako služi kot učinkovit DAC. Posebna prednost tega pristopa je, da je enostavno nastaviti napetosti, ki ustrezajo ničelni kodi in polni lestvici (enakovredno odmik in ojačanje) s preprosto prilagoditvijo vrednosti upora. Na primer, uporabnik želi v idealnem primeru prebrati ničelno kodo s temperaturnega senzorja brez toka (0 µA), ki ustreza 4,3 V, in kodo v obsegu pri 1000 µA, ki ustreza 3,9 V (tabela 1). To preprosto izvedete tako, da preprosto nastavite nekaj vrednosti upora. Ker se obseg ADC ujema z območjem, ki nas zanima, najbolje izkoristimo ločljivost ADC.

Pri načrtovanju te arhitekture je treba upoštevati, da mora biti notranja frekvenca PWM veliko hitrejša od stopnje posodobitve ADC, da se prepreči podcenjeno obnašanje njegove krmilne zanke. Vsaj mora biti daljši od ure števca podatkov ADC, deljene s 256. V tej zasnovi je obdobje posodobitve ADC nastavljeno na 1,3312 ms.

2. korak: Notranje vezje

Prilagodljiv ADC temelji na zasnovi, predstavljeni v Dialog Semiconductor AN-1177. Hitrost se poveča z 1 MHz na 12,5 MHz, da se nastavi števec ADC, saj ima SLG46855 na voljo 25 MHz. To omogoča veliko hitrejšo posodobitev za boljšo ločljivost vzorcev. LUT, ki ureja podatkovno uro ADC, se spremeni tako, da bo prenašal signal 12,5 MHz, ko je PWM DFF nizek.

Korak: Zunanje vezje

Zunanji upor in kondenzatorsko omrežje se uporabljata za pretvorbo PWM v analogno napetost, kot je prikazano na shemi vezja na sliki 1. Vrednosti so izračunane za največjo ločljivost za največji tok, ki ga naprava zazna. Da bi dosegli to prilagodljivost, vzporedno z VDD in maso dodamo upore R1 in R2. Ločilnik upora deli VBAT navzdol na nizko stran napetostnega območja. Razmerje delilnika za pričakovani minimalni VBAT je mogoče rešiti z enačbo 1.

4. korak: Preberite navodila I2C

Tabela 1 opisuje ukazno strukturo I2C za branje podatkov, shranjenih v CNT0. Ukazi I2C zahtevajo začetni bit, kontrolni bajt, naslov besede, bralni bit in zaustavitveni bit.

Primer ukaza I2C za odčitavanje preštete vrednosti CNT0 je zapisan spodaj:

[0x10 0xA5] [0x11 R]

Prešteta vrednost, ki se odčita nazaj, bo vrednost kode ADC. Na primer, koda Arduino je vključena v datoteko ZIP te opombe o vlogi na spletnem mestu Dialog.

5. korak: Rezultati

Da bi preverili natančnost zasnove toka ADC, so bile izmerjene vrednosti pri danem toku obremenitve in nivoju VDD primerjane s teoretično vrednostjo. Teoretične vrednosti ADC so bile izračunane z enačbo 2.

ILOAD, ki korelira z vrednostjo ADC, najdemo z enačbo 3.

Za naslednje rezultate sem uporabil te vrednosti komponent, prikazane v tabeli 3.

Ločljivost pretvorbe vrednosti ADC v ILOAD je mogoče izračunati z uporabo enačbe 3 z izmerjenimi vrednostmi v tabeli 2 in vrednostjo ADC nastavljeno na 1. Pri VBAT 3,9 V je ločljivost 4,96 µA/div.

Da bi optimizirali vezje toka ADC na minimalno raven VDD 3,6 V z največjim tokom 1100 µA in 381 Ω senzorskim uporom, bi bil idealni delilniški koeficient 0,884 na podlagi enačbe 1. Z vrednostmi, navedenimi v tabeli 2 ima dejanski delilec koeficient delilnika 0,876. Ker je to nekoliko manj, bo omogočil nekoliko večji razpon toka obremenitve, zato bodo vrednosti ADC blizu celotnega območja, vendar se ne bodo prelile. Dejanska vrednost delilnika se izračuna z enačbo 4.

Zgoraj (slike 2-6, tabele 4-6) so meritve, izvedene v tokokrogu pri treh napetostnih ravneh: 4,3 V, 3,9 V in 3,6 V. Vsaka raven prikazuje graf, ki prikazuje razliko med izmerjenimi in teoretičnimi vrednostmi ADC. Teoretične vrednosti so zaokrožene na najbližje celo število. Obstaja povzetek grafa za primerjavo razlik na treh nivojih napetosti. Nato sledi graf, ki prikazuje korelacijo med teoretičnimi vrednostmi ADC in obremenitvenim tokom na različnih nivojih napetosti.

Zaključek

Naprava je bila preizkušena na treh napetostnih ravneh: 3,6 V, 3,9 V in 4,3 V. Razpon teh napetosti modelira polno litij -ionsko baterijo, ki se izprazni do nominalne ravni. Od treh napetostnih ravni je opaziti, da je bila naprava običajno bolj natančna pri 3,9 V za izbrano zunanje vezje. Razlika med izmerjenimi in teoretičnimi vrednostmi ADC je bila pri obremenitvenih tokovih 700 - 1000 µA le 1 decimalna vrednost. V danem območju napetosti so bile izmerjene vrednosti ADC v najslabšem primeru za 3 decimalne točke nad nominalnimi pogoji. Za optimizacijo različnih napetostnih ravni VDD je mogoče dodatno prilagoditi razdelilnik upora.