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嵌入式中精准、低功耗的理念是怎样贯彻的

本办理规划结合了近年来低功耗、高精度放大年夜方面的钻研进展,兼具一致的低功耗、高靠得住性无线Mesh收集功能。支持实现这些办理规划的是零漂移、低输入偏置放大年夜器LTC2063和LTP5901-IPM,前者最高以2 ?A电流运行,后者在就寝模式下耗损电流不到1.5 ?A。这些器件的功耗足够低,可以采纳一块由铜和锌电极(每个四平方英寸),以及由柠檬内部物质形成的电解质组合而成的电池供电。这里展示的远程检测实例具有高靠得住性、易连通性和超低功耗的特点。这些电路主要面向必要稳定通信和最低限度的电池掩护的工业情况。

无线Mesh收集

工业情况中经由过程无线收集实施和检索的丈量很少必要高速率,但它们平日必要高靠得住性和安然性,此外还必要低功耗运行,以最大年夜限度地延长电池的运行光阴。LTP5901-IPM在802.15.4e无线收集中形成一个节点或者一个SmartMesh? IP Mote。LTP5901-IPM集成了一个10位、0 V至1.8 V ADC,以及一个内置ARM? Cortex?-M3 32位微处置惩罚器,可以经由过程简单编程实施检测。采纳这个终端是为了实现安然性、靠得住性、低功耗、机动性以及可编程性。

四种检测利用

总的来说,以下这些电路设计并不必要高妙的火箭常识。然则,它们整齐、高效,是针对特定利用定制的。这些设计不必要多繁杂,事实上,繁杂的设计只会增添资源和靠得住性风险。

每个电路的输入中都包孕一个传感器,经由过程处置惩罚传感器输出来孕育发生输出电压。应用LTP5901-IPM 10位ADC作为输入,每个电路都试图映射输入,覆盖0 V至1.8 V之间的大年夜部分范围。

图1.简单的电池电压检测

图1展示了一种范例的同相整体增益负反馈运算放大年夜器设置设置设备摆设摆设,可以检测分压。LTP5901输入的ADC范围为0 V至1.8 V。R1和R2以最小的静态电流低落电池电压,以延长电池寿命。LTC2063的输入偏置电流异常低,纵然这些高电阻值也不会影响终极的10位ADC的精度。LTC2063耗损最小的电源电流,供给随光阴和温度变更而出现的零漂移上风。

图2.电流检测电路

电池供电和隔离电子设备的出色之处在于:它可以在任何位置设置接地。在最方便的电路拓扑布局中,我们可以在不丢掉通用性的环境下检测电流,同时将终端放置在与本地接地相关的任何位置。对付单极电流,例如4 mA至20 mA的工业环路,人们可以应用传统的低侧拓扑布局来安然检测与本地接地相关的电流。图2展示的是电流流过一个异常小的电阻R2,由此孕育发生检测电压。由于放大年夜器的零漂移、极低的掉调电压机能等缘故原由,这个输入电压可能异常小。电路所示经过501 mΩ检测电阻孕育发生的输入的增益增高101 V/V。在20 mA时,VOUT是1.012 V。可以选择其他值来最大年夜程度地应用ADC的1.8 V范围。

电阻R4相对较低,是LTC2063输入电容的低阻抗分流器。是以,较大年夜的R1反馈电阻与输入电容之间的互相感化不会起到稳定感化。

构建的电路颠末优化之后,用于测试0 mA至35 mA电流、0 V至1.8 V ADC的映射范围。

辐照度计

图3.使用太阳能电池进行短路辐照度丈量

图2所示的电路也可以用来丈量太阳能电池的短路电流。在短路电流模式下,硅和其他太阳能电池的电流与辐照度呈高度线性关系。短路电流是0 V太阳能电池的电流。图3中的电路并没有包管太阳能电池在最大年夜电流时准确达到0 V;然则,纵然在整日光下为20 mA,电压也仅为10 mV。太阳能电池上的10 mV电平在其I-V曲线上实际便是短路。

我们可以以互阻放大年夜器(TIA)作为替代。TIA可以强制让太阳能电池达到0 V,并丈量电流。这种电路存在的问题在于,在全部辐照度范围内,都是由运算放大年夜器为太阳能电池供给电流。假如对付远程检测电路,最紧张的是最小化功耗,那么由运算放大年夜器为电池供给20 mA是弗成行的。

斟酌到必要维持近0 V,应应用一个小型检测电阻。对位置迢遥、由电池供电的小电压实施检测再次注解,必要采纳高精度、低功耗的功率放大年夜器,例如LTC2063。

太阳能装配所需的便是这类物理结构,即必要实施零温度漂移丈量的无线Mesh收集。幸运的是,在短路前提下,硅光电二极管跟着温度的变更相对稳定。对付情况温度赓续变更的大年夜型安装园地而言,采纳LTC2063和LTP5901-IPM,再加上硅太阳能电池,所构成的简单且靠得住的设计是异常抱负的办理规划。

图4.热电偶检测电路

热电偶电压可所以正压也可所以负压。图4所示的电路交融采纳微功率基准电压源和微功率放大年夜器来检测极小的正负电压。幸运的是,假如热电偶与被测器件(DUT)电气隔离,则可以置于任何方便的电压域中。图4中的示例应用LT6656-1.25,在1.25 V时偏置热电偶。电路输出是基于1.25 V基准电压源的小热电偶电压的高增益版本。对付这种设置设置设备摆设摆设,0 V至1.8 V的ADC范围相称合理。假如不应用零漂移、低掉调放大年夜器,则无法实现2000 V/V阁下的极高增益。

结论

极低功耗、精准的远程检测绝对是可行的。本文的示例显示,将低功耗、高精度放大年夜器与可编程片上系统无线Mesh节点相结合是相称简单的。

滥觞:中国电子网

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