Cách thực hiện phép đo tương tự nếu chỉ có một GPIO trên FPGA

"Ngày nay, nhiều điện tử thiết bị yêu cầu hệ thống giám sát nhiệt độ trên bo mạch. Phương pháp chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu điều chế độ rộng xung hoặc tín hiệu số đã được ghi nhận trong một số lượng lớn tài liệu. Tuy nhiên, nếu giải pháp đo yêu cầu ADC, sẽ có một số nhược điểm liên quan đến chi phí, độ chính xác và tốc độ. Nói chung, phép đo càng chính xác thì giải pháp càng đắt. Cái này mạch cung cấp một giải pháp phổ quát chi phí thấp và dễ kết nối, độ chính xác có thể thay đổi theo nhu cầu của hệ thống đo nhiệt độ.

"

Q:

Nếu chỉ còn một GPIO trên FPGA/ vi xử lý trong hệ thống, làm thế nào để thực hiện phép đo tương tự?

A:

A Vôn-tần số chuyển đổi có thể được sử dụng thay cho bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số.

Tuy nhiên, việc phát triển ASIC tốn nhiều thời gian và tốn kém, đồng thời không có tính linh hoạt để đáp ứng các mục đích sử dụng khác. Do đó, ngày càng có nhiều ứng dụng sử dụng bộ vi xử lý hoặc FPGA cỡ nhỏ để hoàn thành việc phát triển sản phẩm đúng thời hạn, tiết kiệm chi phí và hiệu quả. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu một bộ chuyển đổi tần số nhiệt độ chỉ cần sử dụng chân GPIO để cung cấp kết quả nhiệt độ chính xác. Bài báo này cũng sẽ trình bày cách sử dụng bộ chuyển đổi tần số điện áp cho các ứng dụng phát hiện khác nhau.

động lực

Một số cảm biến các phép đo (chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm và áp suất không khí) về cơ bản là dòng điện một chiều và tốc độ thay đổi của chúng không đủ nhanh (và chúng không cần độ phân giải đủ chính xác) đủ để đáp ứng các yêu cầu của ADC và các cân nhắc thiết kế liên quan với nó. Hầu hết các bộ ADC đều yêu cầu thời gian và tạo xung nhịp nhanh và chính xác, điện áp tham chiếu ổn định, bộ đệm tham chiếu có trở kháng đầu ra rất thấp và mạch đầu cuối tương tự để điều kiện thích hợp đầu ra cảm biến trước khi nó có thể được lượng tử hóa kỹ thuật số và thông qua hệ thống được giám sát. Khi phát hiện nhiệt độ môi trường xung quanh, các ứng dụng rời rạc có thể sử dụng một nhiệt điện trở trong cầu Wheatstone, sau đó lấy đầu ra của nó bằng bộ khuếch đại thiết bị, rồi đưa nó vào ADC. Thiết kế này là một thiết kế thừa, đòi hỏi nhiều không gian, điện năng và chu kỳ tính toán hơn so với yêu cầu của ứng dụng và bản thân ứng dụng có thể chỉ cần thực hiện một phép đo sau mỗi 15 giây.

LTC6990

Hoạt động điều khiển tần số hoặc điện áp cố định

-Fixed: Một chiếc duy nhất Điện trở chịu trách nhiệm thiết lập tần số (sai số tối đa -VCO: Hai điện trở chịu trách nhiệm thiết lập tần số trung tâm VCO và dải điều chỉnh
Dải tần số: 488Hz đến 2MHz
Hoạt động cung cấp đơn 2.25V đến 5.5V
Dòng cung cấp 72μA (ở 100kHz)
Thời gian khởi động 500μs
Băng thông VCO> 300kHz (ở 1MHz)
Đầu ra logic CMOS có thể cung cấp / hấp thụ 20mA
50% chu kỳ nhiệm vụ đầu ra sóng vuông
Kích hoạt đầu ra (trạng thái trở kháng thấp hoặc cao có thể được chọn khi tắt)
Dải nhiệt độ hoạt động -55ºC đến 125ºC
Có sẵn trong cấu hình thấp (chiều cao chỉ 1mm) gói SOT-23 (ThinSOTTM) và gói DFN 2mm x 3mm

Có thể thiết kế một giải pháp đo lường thay thế có thể giảm số lượng và độ phức tạp của các thành phần liên quan đến chuỗi tín hiệu ADC trong khi cũng đo điện áp tương tự? Giải pháp là sử dụng bộ chuyển đổi tần số điện áp (chẳng hạn như LTC6990, định cấu hình nó ở chế độ bộ dao động điều khiển bằng điện áp (VCO), để nó có thể được sử dụng để đo điện áp tương tự mà không cần ADC. Trong ví dụ này, độ chính xác cặp nhiệt điện Bộ khuếch đại AD8494 được cấu hình như một cảm biến nhiệt độ môi trường xung quanh và điện áp đầu ra của nó được sử dụng làm đầu vào của LTC6990 để tạo ra chuỗi tín hiệu bộ chuyển đổi tần số nhiệt độ.

Hình 1. Bộ biến đổi tần số nhiệt độ đơn giản.

Làm thế nào để chuyển đổi đầu vào nhiệt độ thành đầu ra tần số?

Ngày nay, nhiều thiết bị điện tử hiện đại yêu cầu phải có hệ thống giám sát nhiệt độ trên bo mạch. Phương pháp chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu điều chế độ rộng xung hoặc tín hiệu số đã được ghi nhận trong một số lượng lớn tài liệu. Tuy nhiên, nếu giải pháp đo yêu cầu ADC, sẽ có một số nhược điểm liên quan đến chi phí, độ chính xác và tốc độ. Nói chung, phép đo càng chính xác thì giải pháp càng đắt. Mạch này cung cấp giải pháp phổ thông chi phí thấp và dễ kết nối, độ chính xác có thể thay đổi theo nhu cầu của hệ thống đo nhiệt độ.

AD8494 là bộ khuếch đại chính xác của cặp nhiệt điện, nhưng nó cũng có thể được sử dụng như một cảm biến nhiệt độ môi trường xung quanh bằng cách làm ngắn mạch đầu vào của nó với mặt đất. Đầu ra được định nghĩa là:

Trong mạch sử dụng nguồn điện đơn cực,