Comment faire une mesure analogique s'il n'y a qu'un seul GPIO sur FPGA

"Aujourd'hui, de nombreux Electronique les appareils nécessitent un système de surveillance de la température embarqué. La méthode de conversion d'un signal analogique en un signal à modulation de largeur d'impulsion ou un signal numérique a été documentée dans un grand nombre de documents. Cependant, si la solution de mesure nécessite un CAN, il existe certains inconvénients liés au coût, à la précision et à la vitesse. En général, plus la mesure est précise, plus la solution est chère. Cette circuit fournit une solution universelle à faible coût et facile à connecter, dont la précision peut être modifiée en fonction des besoins du système de mesure de la température.

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Q:

S'il ne reste qu'un seul GPIO sur le FPGA/microprocesseur dans le système, comment effectuer une mesure analogique ?

A:

A Tension-la fréquence convertisseur peut être utilisé à la place du convertisseur analogique-numérique.

Cependant, le développement des ASIC est long et coûteux, et n'a pas la flexibilité nécessaire pour répondre à d'autres utilisations. Par conséquent, de plus en plus d'applications utilisent des microprocesseurs ou des FPGA de petite taille pour terminer le développement de produits à temps, de manière rentable et efficace. Dans cet article, nous allons explorer un convertisseur température-fréquence qui n'a besoin d'utiliser qu'une broche GPIO pour fournir des résultats de température précis. Cet article montrera également comment utiliser des convertisseurs tension-fréquence pour diverses applications de détection.

motivations

Certain capteur les mesures (telles que la température, l'humidité et la pression atmosphérique) sont essentiellement en courant continu, et leur taux de changement n'est pas assez rapide (et ils n'ont pas besoin d'une résolution assez précise) assez pour répondre aux exigences de l'ADC et aux considérations de conception associées avec ça. La plupart des CAN nécessitent une génération et une synchronisation d'horloge rapides et précises, des tensions de référence stables, des tampons de référence avec une très faible impédance de sortie et des circuits frontaux analogiques afin de conditionner correctement la sortie du capteur avant qu'elle ne puisse être quantifiée numériquement et transmise. Le système est surveillé. Lors de la détection de la température ambiante, les applications discrètes peuvent utiliser une thermistance dans le pont de Wheatstone, puis obtenir sa sortie par l'amplificateur d'instrumentation, puis l'alimenter dans l'ADC. Cette conception est une conception excessive, nécessitant plus d'espace, de puissance et de cycles de calcul que l'application n'en a besoin, et l'application elle-même peut n'avoir besoin d'effectuer une mesure que toutes les 15 secondes.

LTC6990

Fonctionnement à fréquence fixe ou à tension contrôlée

-Correction : un seul Resistor est responsable du réglage de la fréquence (erreur maximale -VCO : deux résistances sont responsables du réglage de la fréquence centrale et de la plage de réglage du VCO
Gamme de fréquences : 488 Hz à 2 MHz
Alimentation simple de 2.25 V à 5.5 V
Courant d'alimentation 72μA (à 100kHz)
500μs de temps de démarrage
Bande passante VCO > 300 kHz (à 1 MHz)
La sortie logique CMOS peut fournir/absorber 20 mA
Sortie d'onde carrée à cycle de service de 50 %
Activation de la sortie (l'état d'impédance basse ou haute peut être sélectionné lorsqu'il est désactivé)
-55ºC à 125ºC plage de température de fonctionnement
Disponible en boîtier SOT-1 (ThinSOTTM) à profil bas (seulement 23 mm de hauteur) et en boîtier DFN de 2 mm x 3 mm

Une solution de mesure alternative peut-elle être conçue pour réduire le nombre et la complexité des composants électriques lié à la chaîne de signal ADC tout en mesurant également la tension analogique ? La solution consiste à utiliser un convertisseur tension-fréquence (tel que le LTC6990, le configurer comme un mode oscillateur commandé en tension (VCO), afin qu'il puisse être utilisé pour mesurer la tension analogique sans avoir besoin de CAN. Dans cet exemple, la précision thermocouple L'amplificateur AD8494 est configuré comme un capteur de température ambiante et sa tension de sortie est utilisée comme entrée du LTC6990 pour générer une chaîne de signaux de convertisseur température-fréquence.

Figure 1. Convertisseur température-fréquence simple.

Comment convertir l'entrée de température en sortie de fréquence ?

Aujourd'hui, de nombreux appareils électroniques modernes nécessitent un système de surveillance de la température embarqué. La méthode de conversion d'un signal analogique en un signal à modulation de largeur d'impulsion ou un signal numérique a été documentée dans un grand nombre de documents. Cependant, si la solution de mesure nécessite un CAN, il existe certains inconvénients liés au coût, à la précision et à la vitesse. En général, plus la mesure est précise, plus la solution est chère. Ce circuit offre une solution universelle à faible coût et facile à connecter, dont la précision peut être modifiée en fonction des besoins du système de mesure de température.

L'AD8494 est un amplificateur de précision à thermocouple, mais il peut également être utilisé comme capteur de température ambiante en court-circuitant son entrée à la terre. La sortie est définie comme :

Dans un circuit utilisant une alimentation unipolaire,