"כיום, רבים מודרניים אֶלֶקטרוֹנִי התקנים דורשים מערכת ניטור טמפרטורה מובנית. השיטה להמרת אות אנלוגי לאות אפנון רוחב פולס או אות דיגיטלי תועדה במספר רב של מסמכים. עם זאת, אם פתרון המדידה דורש ADC, ישנם כמה חסרונות הקשורים לעלות, דיוק ומהירות. ככלל, ככל שהמדידה מדויקת יותר, כך הפתרון יקר יותר. זֶה מעגל מספק פתרון אוניברסלי בעלות נמוכה וקל לחיבור, שניתן לשנות את דיוקו בהתאם לצרכי מערכת מדידת הטמפרטורה.
"
Q:
אם נשאר רק GPIO אחד ב- FPGA/מיקרו-מעבד במערכת, כיצד לבצע מדידה אנלוגית?
A:
A מתח-תדירות מֵמִיר ניתן להשתמש במקום הממיר האנלוגי לדיגיטלי.
עם זאת, הפיתוח של ASICs גוזל זמן ויקר, ואין לו את הגמישות לעמוד בשימושים אחרים. לכן, יותר ויותר יישומים משתמשים במיקרו-מעבדים או ב-FPGA בגודל קטן כדי להשלים את פיתוח המוצר בזמן, בצורה חסכונית ויעילה. במאמר זה, נחקור ממיר טמפרטורה-תדר שרק צריך להשתמש בפין GPIO כדי לספק תוצאות טמפרטורה מדויקות. מאמר זה גם ידגים כיצד להשתמש בממירי מתח-תדר עבור יישומי זיהוי שונים.
מוטיבציה
כמה חיישן מדידות (כגון טמפרטורה, לחות ולחץ אוויר) הן למעשה זרם ישר, וקצב השינוי שלהן אינו מהיר מספיק (ואין להן צורך ברזולוציה מדויקת מספיק) כדי לעמוד בדרישות ה-ADC ובשיקולי התכנון הקשורים עם זה. רוב ה-ADCים דורשים יצירה ותזמון מהירים ומדויקים של שעון, מתחי ייחוס יציבים, מאגרי ייחוס עם עכבת יציאה נמוכה מאוד ומעגלים קדמיים אנלוגיים על מנת לתנן כראוי את פלט החיישן לפני שניתן יהיה לכמת ולהעביר אותו דיגיטלית. המערכת מנוטרת. בעת זיהוי טמפרטורת הסביבה, יישומים נפרדים עשויים להשתמש בתרמיסטור בגשר Wheatstone, ולאחר מכן לקבל את הפלט שלו על ידי מגבר המכשור, ולאחר מכן להזין אותו ל-ADC. עיצוב זה הוא עיצוב יתר, הדורש יותר מקום, כוח ומחזורי חישוב ממה שהאפליקציה דורשת, ויתכן שהאפליקציה עצמה תצטרך לבצע מדידה רק כל 15 שניות.
LTC6990
פעולה מבוקרת בתדר קבוע או מתח
-תוקן: סינגל נַגָד אחראי על הגדרת התדר (שגיאה מקסימלית -VCO: שני נגדים אחראים על הגדרת תדר מרכז ה-VCO וטווח הכוונון
טווח תדרים: 488Hz עד 2MHz
פעולת אספקה אחת של 2.25V עד 5.5V
זרם אספקה של 72μA (ב-100kHz)
זמן הפעלה של 500μs
רוחב פס VCO> 300kHz (ב-1MHz)
פלט לוגי CMOS יכול לספק/לספוג 20mA
פלט גל ריבועי של 50% מחזור חובה
הפעלת פלט (ניתן לבחור במצב עכבה נמוכה או גבוהה כאשר מושבת)
טווח טמפרטורת עבודה -55ºC עד 125ºC
זמין בפרופיל נמוך (בגובה 1 מ"מ בלבד) בחבילת SOT-23 (ThinSOTTM) ובחבילת DFN בגודל 2 מ"מ x 3 מ"מ
האם ניתן לתכנן פתרון מדידה חלופי שיכול להפחית את המספר והמורכבות של רכיבים קשור לשרשרת האות ADC תוך מדידת מתח אנלוגי? הפתרון הוא שימוש בממיר מתח-תדר (כגון LTC6990, הגדר אותו כמצב מתנד מבוקר מתח (VCO), כך שניתן להשתמש בו למדידת מתח אנלוגי ללא צורך ב-ADC. בדוגמה זו, הדיוק צמד תרמי המגבר AD8494 מוגדר כחיישן טמפרטורת סביבה, ומתח המוצא שלו משמש ככניסה של ה-LTC6990 ליצירת שרשרת אותות ממיר טמפרטורה-תדר.
איור 1. ממיר טמפרטורה-תדר פשוט.
כיצד להמיר קלט טמפרטורה לפלט תדר?
כיום, מכשירים אלקטרוניים מודרניים רבים דורשים מערכת ניטור טמפרטורה מובנית. השיטה להמרת אות אנלוגי לאות אפנון רוחב פולס או אות דיגיטלי תועדה במספר רב של מסמכים. עם זאת, אם פתרון המדידה דורש ADC, ישנם כמה חסרונות הקשורים לעלות, דיוק ומהירות. ככלל, ככל שהמדידה מדויקת יותר, כך הפתרון יקר יותר. מעגל זה מספק פתרון אוניברסלי בעלות נמוכה וקל לחיבור, שניתן לשנות את דיוקו בהתאם לצרכי מערכת מדידת הטמפרטורה.
AD8494 הוא מגבר דיוק של צמד תרמי, אך ניתן להשתמש בו גם כחיישן טמפרטורת סביבה על ידי קיצור הקלט שלו לאדמה. הפלט מוגדר כ:
במעגל שמשתמש בספק כוח חד קוטבי,
Q:
אם נותר רק GPIO אחד על ה-FPGA/מיקרו-מעבד במערכת, כיצד לבצע מדידה אנלוגית?
A:
ניתן להשתמש בממיר מתח-תדר במקום הממיר האנלוגי לדיגיטלי.
עם זאת, הפיתוח של ASICs גוזל זמן ויקר, ואין לו את הגמישות לעמוד בשימושים אחרים. לכן, יותר ויותר יישומים משתמשים במיקרו-מעבדים או ב-FPGA בגודל קטן כדי להשלים את פיתוח המוצר בזמן, בצורה חסכונית ויעילה. במאמר זה, נחקור ממיר טמפרטורה-תדר שרק צריך להשתמש בפין GPIO כדי לספק תוצאות טמפרטורה מדויקות. מאמר זה גם ידגים כיצד להשתמש בממירי מתח-תדר עבור יישומי זיהוי שונים.
מוטיבציה
מדידות חיישנים מסוימות (כגון טמפרטורה, לחות ולחץ אוויר) הן למעשה זרם ישר, וקצב השינוי שלהם אינו מהיר מספיק (והם לא צריכים רזולוציה מדויקת מספיק) כדי לעמוד בדרישות ה-ADC והעיצוב שיקולים הקשורים אליו. רוב ה-ADCים דורשים יצירה ותזמון מהירים ומדויקים של שעון, מתחי ייחוס יציבים, מאגרי ייחוס עם עכבת יציאה נמוכה מאוד ומעגלים קדמיים אנלוגיים על מנת להתנות כראוי של פלט החיישן לפני שניתן יהיה לכמת ולהעביר אותו דיגיטלית. המערכת מנוטרת. בעת זיהוי טמפרטורת הסביבה, יישומים נפרדים עשויים להשתמש בתרמיסטור בגשר Wheatstone, ולאחר מכן לקבל את הפלט שלו על ידי מגבר המכשור, ולאחר מכן להזין אותו ל-ADC. עיצוב זה הוא עיצוב יתר, הדורש יותר מקום, כוח ומחזורי חישוב ממה שהאפליקציה דורשת, ויתכן שהאפליקציה עצמה תצטרך לבצע מדידה רק כל 15 שניות.
LTC6990
פעולה מבוקרת בתדר קבוע או מתח
-קבוע: נגד בודד אחראי על הגדרת התדר (שגיאה מקסימלית -VCO: שני נגדים אחראים על הגדרת תדר מרכז ה-VCO וטווח הכוונון
טווח תדרים: 488Hz עד 2MHz
פעולת אספקה אחת של 2.25V עד 5.5V
זרם אספקה של 72μA (ב-100kHz)
זמן הפעלה של 500μs
רוחב פס VCO> 300kHz (ב-1MHz)
פלט לוגי CMOS יכול לספק/לספוג 20mA
פלט גל ריבועי של 50% מחזור חובה
הפעלת פלט (ניתן לבחור במצב עכבה נמוכה או גבוהה כאשר מושבת)
טווח טמפרטורת עבודה -55ºC עד 125ºC
זמין בפרופיל נמוך (בגובה 1 מ"מ בלבד) בחבילת SOT-23 (ThinSOTTM) ובחבילת DFN בגודל 2 מ"מ x 3 מ"מ
האם ניתן לתכנן פתרון מדידה חלופי שיכול להפחית את מספר ומורכבות הרכיבים הקשורים לשרשרת האותות של ה-ADC תוך מדידת מתח אנלוגי? הפתרון הוא שימוש בממיר מתח-תדר (כגון LTC6990, הגדר אותו כמצב מתנד מבוקר מתח (VCO), כך שניתן להשתמש בו למדידת מתח אנלוגי ללא צורך ב-ADC. בדוגמה זו, הדיוק צמד תרמי המגבר AD8494 מוגדר כחיישן טמפרטורת סביבה, ומתח המוצא שלו משמש ככניסה של ה-LTC6990 ליצירת שרשרת אותות ממיר טמפרטורה-תדר.
איור 1. ממיר טמפרטורה-תדר פשוט.
כיצד להמיר קלט טמפרטורה לפלט תדר?
כיום, מכשירים אלקטרוניים מודרניים רבים דורשים מערכת ניטור טמפרטורה מובנית. השיטה להמרת אות אנלוגי לאות אפנון רוחב פולס או אות דיגיטלי תועדה במספר רב של מסמכים. עם זאת, אם פתרון המדידה דורש ADC, ישנם כמה חסרונות הקשורים לעלות, דיוק ומהירות. ככלל, ככל שהמדידה מדויקת יותר, כך הפתרון יקר יותר. מעגל זה מספק פתרון אוניברסלי בעלות נמוכה וקל לחיבור, שניתן לשנות את דיוקו בהתאם לצרכי מערכת מדידת הטמפרטורה.
AD8494 הוא מגבר דיוק של צמד תרמי, אך ניתן להשתמש בו גם כחיישן טמפרטורת סביבה על ידי קיצור הקלט שלו לאדמה. הפלט מוגדר כ:
במעגל שמשתמש בספק כוח חד קוטבי,
הקישורים: LM190E08-TLK1 SKIIP83EC125T1