Я разрабатываю приложение с питанием от батареи в виде датчика со встроенным высокоточным (от 20 до 24 бит) сигма-дельта АЦП, который измеряет пару тензодатчиков в мосте Уитстона. Мой вопрос касается того, как правильно запитать такое устройство, чтобы оно соответствовало требованиям АЦП с низким уровнем шума, а также длительному времени автономной работы всего продукта.
Я намереваюсь снабдить датчик двумя последовательно соединенными одноэлементными щелочными батареями, например, 2 батарейками типа АА, обеспечивающими номинальное напряжение 3 В. Глядя на кривую разряда типичной щелочной батареи типа АА, я вижу, что напряжение ячейки колеблется от 0,8 В (разряженная) до 1,5 В (номинальное). Другими словами, я получу напряжение питания 2 x 0,8 В = 1,6 В, когда я использую полную мощность.
АЦП, который я собираюсь использовать, имеет требования к аналоговому источнику питания от МИН. 2,7 В до МАКС. 3,6 В. Поэтому, чтобы полностью использовать емкость батареи, мне нужно будет использовать какую-то схему управления питанием, которая может повысить напряжение моей батареи (VBAT: 1,6–3 В) до стабильного уровня 3–3,3 В. Для этого я рассматривал возможность использования повышающего регулятора постоянного/постоянного тока. Основная проблема, которую я вижу в таком устройстве, - это большие пульсации, которые оно производит при регулируемом выходном напряжении, что может поставить под угрозу точность АЦП.
Итак, дилемма, с которой я сталкиваюсь, заключается в том, что я хотел бы иметь как можно более длительное время автономной работы и в то же время не ставить под угрозу точность АЦП. У меня нет опыта использования регуляторов импульсного типа. Какой тип управления питанием вы бы порекомендовали для моего конкретного приложения? Есть ли хорошая практика?
Некоторые детали:
С нетерпением ждем ваших предложений.
Вы не упомянули ни требования к току для вашего устройства, ни общие диапазоны напряжения для баланса вашей схемы. Вы можете обновить свой вопрос с помощью этой информации, чтобы ответы отражали более полную перспективу.
АЦП будет иметь внутренний источник опорного напряжения, который снизит основные проблемы с пульсациями, пока напряжение питания превышает минимальное значение V IN . Я был бы гораздо больше обеспокоен шумом от переключателя, попадающим в аналоговый входной каскад АЦП, особенно с динамическим диапазоном ~ 120 дБ, с которым вы работаете.
Хотя проблемы с шумом коммутатора не являются непреодолимыми, я бы предпочел конструкцию с химическим составом/счетчиком ячеек, который устраняет необходимость в коммутаторе. Примерами могут служить перезаряжаемый элемент LiPo, первичные литиевые элементы на 3,6 В или 3 щелочных элемента типа N на 1,5 В. Это в сочетании с разумным управлением питанием LPO, при необходимости, обеспечит электрически бесшумное устройство.
Вы можете периодически включать и выключать повышающий преобразователь. Включите, чтобы зарядить большой буферный конденсатор, выключите, чтобы измерить. Рекомендуется вставка малошумящего LDO.
У вас будет много схем. Чтобы избежать магнитной связи, вам нужны петли с нулевой площадью и точная ориентация под углом 90 градусов и/или экранирование. Петли с нулевой площадью не возникнут; ниже результат с петлями 4см на 1см.
Давайте рассмотрим минимальный уровень шума магнитных полей от этого переключателя к схеме АЦП/входа.
Предположим, коммутатор генерирует переходные процессы [0,1 ампер за 10 наносекунд].
Предположим, что коммутатор находится на расстоянии 4 см от АЦП/входа.
Предположим, что АЦП/вход имеет уязвимую область (след + неаккуратное мышление GND) размером 4 см на 1 см.
Что такое индуцированное напряжение?
Используйте Vinduce = [MU0 * MUr * Площадь / (2 * пи * Расстояние)] * dI/dT
Vinduce = 2e-7Генри/метр * Площадь/Расстояние * dI/dT
Vinduce = (2e-7Генри/метр * 4 см * 1 см/4 см) * 1 метр/100 см * dI/dT
Vinduce = 2e-7 * 1e-2 * 10^+7 ампер/сек = 2e-9 * 1e+7 = 0,02 вольта
Vinduce = 20 000 мкВ
топология: длинный прямой провод с током 0,1 ампера за 10 наносекунд
располагается
4 см от
АЦП/вход с уязвимой зоной контура 4 см на 1 см
без экранирования; вам нужно 86 дБ экранирования
Кстати, у АЦП с внутренней генерацией опорного сигнала не заявлено подавление высокочастотного мусора VDD.
Для этого я рассматривал возможность использования повышающего регулятора постоянного/постоянного тока.
если вы забыли, взгляните на структуру выводов gpio, и вы увидите, насколько она похожа на драйвер полумоста :)
как таковые, два других способа приблизиться к этому:
1) превратить пин gpio в повышающий преобразователь;
2) поскольку потребление тока довольно низкое, используйте зарядный насос — вы можете создать его, превратив вывод gpio в генератор прямоугольных импульсов.
пульсациями можно управлять с помощью периферийного устройства компаратора или периферийного устройства АЦП или путем параметризации опорного сигнала АЦП, если это позволяет.
абальдур
Гленн W9IQ