So führen Sie eine analoge Messung durch, wenn auf dem FPGA nur ein GPIO vorhanden ist

"Heute sind viele moderne elektronisch Geräte erfordern ein integriertes Temperaturüberwachungssystem. Das Verfahren zum Umwandeln eines analogen Signals in ein Pulsweitenmodulationssignal oder ein digitales Signal ist in einer Vielzahl von Dokumenten dokumentiert. Wenn die Messlösung jedoch einen ADC erfordert, gibt es einige Nachteile in Bezug auf Kosten, Genauigkeit und Geschwindigkeit. Generell gilt: Je genauer die Messung, desto teurer die Lösung. Dies Schaltung bietet eine kostengünstige und einfach anzuschließende Universallösung, deren Genauigkeit je nach Bedarf des Temperaturmesssystems geändert werden kann.

"

Q:

Wenn nur noch ein GPIO auf dem FPGA/Mikroprozessor im System, wie führt man eine analoge Messung durch?

A:

A Spannung-Frequenz Konverter kann anstelle des Analog-Digital-Wandlers verwendet werden.

Die Entwicklung von ASICs ist jedoch zeitaufwendig und teuer und bietet nicht die Flexibilität, andere Anwendungen zu erfüllen. Daher verwenden immer mehr Anwendungen Mikroprozessoren oder kleine FPGAs, um die Produktentwicklung termingerecht, kostengünstig und effizient abzuschließen. In diesem Artikel untersuchen wir einen Temperatur-Frequenz-Wandler, der nur einen GPIO-Pin verwenden muss, um genaue Temperaturergebnisse zu liefern. In diesem Artikel wird auch gezeigt, wie Spannungs-Frequenz-Wandler für verschiedene Detektionsanwendungen verwendet werden.

Motivation

Manche Sensor Messungen (wie Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck) sind im Wesentlichen Gleichstrom, und ihre Änderungsrate ist nicht schnell genug (und sie benötigen keine ausreichend genaue Auflösung) genug, um die Anforderungen des ADC und die damit verbundenen Designüberlegungen zu erfüllen damit. Die meisten ADCs erfordern eine schnelle und genaue Takterzeugung und Taktung, stabile Referenzspannungen, Referenzpuffer mit sehr niedriger Ausgangsimpedanz und analoge Front-End-Schaltungen, um den Sensorausgang richtig zu konditionieren, bevor er digital quantisiert und weitergegeben werden kann. Das System wird überwacht. Bei der Erfassung der Umgebungstemperatur können diskrete Anwendungen einen Thermistor in der Wheatstone-Brücke verwenden, dessen Ausgang dann vom Instrumentenverstärker erhalten und dann in den ADC einspeisen. Dieses Design ist überdimensioniert und erfordert mehr Platz, Leistung und Rechenzyklen als die Anwendung erfordert, und die Anwendung selbst muss möglicherweise nur alle 15 Sekunden eine Messung durchführen.

LTC6990

Festfrequenz- oder spannungsgesteuerter Betrieb

-Behoben: Eine Single Widerstand ist für die Einstellung der Frequenz zuständig (maximaler Fehler -VCO: Zwei Widerstände sind für die Einstellung der VCO-Mittenfrequenz und des Abstimmbereichs zuständig
Frequenzbereich: 488Hz bis 2MHz
2.25 V bis 5.5 V Einzelversorgungsbetrieb
72μA Versorgungsstrom (bei 100kHz)
500μs Startzeit
VCO-Bandbreite > 300 kHz (bei 1 MHz)
CMOS-Logikausgang kann 20mA . liefern/absorbieren
Rechteckwellenausgang mit 50% Tastverhältnis
Ausgang aktivieren (Zustand mit niedriger oder hoher Impedanz kann ausgewählt werden, wenn deaktiviert)
-55 °C bis 125 °C Betriebstemperaturbereich
Erhältlich in niedrigem Profil (nur 1 mm Höhe), SOT-23 (ThinSOTTM)-Gehäuse und 2 mm x 3 mm DFN-Gehäuse

Kann eine alternative Messlösung entwickelt werden, die die Anzahl und Komplexität von Komponenten in Bezug auf die ADC-Signalkette und gleichzeitig die Messung der analogen Spannung? Die Lösung besteht darin, einen Spannungs-Frequenz-Wandler zu verwenden (z. B. LTC6990, konfigurieren Sie ihn als spannungsgesteuerten Oszillator (VCO)-Modus, damit er verwendet werden kann, um analoge Spannungen ohne ADC zu messen. In diesem Beispiel ist die Präzision Thermoelement Der Verstärker AD8494 ist als Umgebungstemperatursensor konfiguriert und seine Ausgangsspannung wird als Eingang des LTC6990 verwendet, um eine Temperatur-Frequenz-Wandler-Signalkette zu erzeugen.

Abbildung 1. Einfacher Temperatur-Frequenz-Wandler.

Wie konvertiert man den Temperatureingang in den Frequenzausgang?

Heutzutage erfordern viele moderne elektronische Geräte ein integriertes Temperaturüberwachungssystem. Das Verfahren zum Umwandeln eines analogen Signals in ein Pulsweitenmodulationssignal oder ein digitales Signal ist in einer Vielzahl von Dokumenten dokumentiert. Wenn die Messlösung jedoch einen ADC erfordert, gibt es einige Nachteile in Bezug auf Kosten, Genauigkeit und Geschwindigkeit. Generell gilt: Je genauer die Messung, desto teurer die Lösung. Diese Schaltung bietet eine kostengünstige und einfach anzuschließende Universallösung, deren Genauigkeit je nach Bedarf des Temperaturmesssystems geändert werden kann.

AD8494 ist ein Thermoelement-Präzisionsverstärker, kann aber auch als Umgebungstemperatursensor verwendet werden, indem sein Eingang mit Masse kurzgeschlossen wird. Die Ausgabe ist definiert als:

In einer Schaltung, die eine unipolare Stromversorgung verwendet,