Como fazer medições analógicas se houver apenas um GPIO no FPGA

"Hoje, muitos modernos Eletrônico os dispositivos requerem um sistema de monitoramento de temperatura integrado. O método de conversão de um sinal analógico em um sinal de modulação por largura de pulso ou um sinal digital foi documentado em um grande número de documentos. No entanto, se a solução de medição requer um ADC, existem algumas desvantagens relacionadas a custo, precisão e velocidade. Geralmente, quanto mais precisa a medição, mais cara é a solução. Esse o circuito oferece uma solução universal de baixo custo e fácil de conectar, cuja precisão pode ser alterada de acordo com as necessidades do sistema de medição de temperatura.

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Q:

Se houver apenas um GPIO restante no FPGA/ microprocessador no sistema, como realizar a medição analógica?

A:

A Voltagem-frequência conversor pode ser usado em vez do conversor analógico-digital.

No entanto, o desenvolvimento de ASICs é demorado e caro, e não tem flexibilidade para atender a outros usos. Portanto, mais e mais aplicativos estão usando microprocessadores ou FPGAs de pequeno porte para concluir o desenvolvimento do produto no prazo, de maneira econômica e eficiente. Neste artigo, exploraremos um conversor de temperatura-frequência que só precisa usar um pino GPIO para fornecer resultados de temperatura precisos. Este artigo também demonstrará como usar conversores de frequência de tensão para várias aplicações de detecção.

motivação

Alguns sensor medições (como temperatura, umidade e pressão do ar) são essencialmente de corrente contínua e sua taxa de alteração não é rápida o suficiente (e não precisam de resolução precisa o suficiente) o suficiente para atender aos requisitos do ADC e às considerações de design associadas com isso. A maioria dos ADCs requer geração e temporização de relógio rápidos e precisos, tensões de referência estáveis, buffers de referência com impedância de saída muito baixa e circuitos front-end analógicos para condicionar adequadamente a saída do sensor antes que ela possa ser quantizada digitalmente e aprovada. O sistema é monitorado. Ao detectar a temperatura ambiente, as aplicações discretas podem usar um termistor na ponte de Wheatstone e, em seguida, obter sua saída pelo amplificador de instrumentação e, em seguida, alimentá-lo no ADC. Este projeto é exagerado, exigindo mais espaço, energia e ciclos de cálculo do que o aplicativo exige, e o próprio aplicativo pode precisar apenas realizar uma medição a cada 15 segundos.

LTC6990

Freqüência fixa ou operação controlada por tensão

-Fixado: Um único Resistor é responsável por definir a frequência (erro máximo -VCO: Dois resistores são responsáveis ​​por definir a frequência central do VCO e a faixa de sintonia
Faixa de frequência: 488 Hz a 2 MHz
Operação de alimentação única de 2.25 V a 5.5 V
Corrente de alimentação de 72μA (a 100kHz)
Tempo de inicialização de 500μs
Largura de banda VCO> 300kHz (a 1MHz)
A saída lógica CMOS pode fornecer / absorver 20mA
Saída de onda quadrada do ciclo de trabalho de 50%
Habilitar saída (estado de baixa ou alta impedância pode ser selecionado quando desabilitado)
Faixa de temperatura operacional de -55ºC a 125ºC
Disponível em perfil baixo (apenas 1 mm de altura) pacote SOT-23 (ThinSOTTM) e pacote DFN de 2 mm x 3 mm

Uma solução alternativa de medição pode ser projetada para reduzir o número e a complexidade de componentes relacionado à cadeia de sinal ADC ao mesmo tempo em que mede a tensão analógica? A solução é usar um conversor de tensão-frequência (como o LTC6990, configurá-lo como um modo de oscilador controlado por tensão (VCO), de forma que possa ser usado para medir a tensão analógica sem a necessidade de ADC. Neste exemplo, a precisão termopar O amplificador AD8494 é configurado como um sensor de temperatura ambiente e sua tensão de saída é usada como entrada do LTC6990 para gerar uma cadeia de sinal do conversor de temperatura-frequência.

Figura 1. Conversor de temperatura-frequência simples.

Como converter a entrada de temperatura em saída de frequência?

Hoje, muitos dispositivos eletrônicos modernos exigem um sistema de monitoramento de temperatura integrado. O método de conversão de um sinal analógico em um sinal de modulação por largura de pulso ou um sinal digital foi documentado em um grande número de documentos. No entanto, se a solução de medição requer um ADC, existem algumas desvantagens relacionadas a custo, precisão e velocidade. Geralmente, quanto mais precisa a medição, mais cara é a solução. Este circuito oferece uma solução universal de baixo custo e fácil de conectar, cuja precisão pode ser alterada de acordo com as necessidades do sistema de medição de temperatura.

AD8494 é um amplificador de precisão de termopar, mas também pode ser usado como um sensor de temperatura ambiente, causando um curto-circuito em sua entrada para o terra. A saída é definida como:

Em um circuito que usa uma fonte de alimentação unipolar,