精准、低功耗的长途检测理念
>2019-07-31 07:18:00 来源:EEFOCUS
这里展现的长途检测实例具有高靠得住性、易连通性和超低功耗的特性。这些电路重要面向必要稳固通讯和最低限度的电池掩护的工业环境。本解决计划结合了比年来低功耗、高精度放慷慨面的研究进展,兼具同等的低功耗、高靠得住性无线Mesh网络功效。支撑实现这些解决计划的是零漂移、低输入偏置放大器LTC2063LTP5901-IPM,前者最高以2 µA电流运行,后者在睡眠情势下消耗电流不到1.5 µA。这些器件的功耗足够低,可以或许或许采纳一块由铜和锌电极(每个四平方英寸),和由柠檬内部物质构成的电解质组合而成的电池供电。
 
无线Mesh网络
工业环境中颠末过程无线网络履行和检索的测量很少必要高速率,但它咱咱们通常必要高靠得住性和安全性,别的还必要低功耗运行,以最大限度地延长电池的运行光阴。LTP5901-IPM在802.15.4e无线网络中构成一个节点或许一个SmartMesh® IP Mote。LTP5901-IPM集成为了一个10位、0 V至1.8 V ADC,和一个内置ARM® Cortex®-M3 32位微处理器,可以或许或许颠末过程简略编程履行检测。采纳这个终端是为了实现安全性、靠得住性、低功耗、机动性和可编程性。
 
四种检测应用
总的来说,如下这些电路设计并不必要高深的火箭知识。但是,它咱咱们整洁、高效,是针对特定应用定制的。这些设计不必要多复杂,事实上,复杂的设计只会增长本钱和靠得住性危险。
 
每个电路的输入中都包含一个传感器,颠末过程处理传感器输入来发生输入电压。应用LTP5901-IPM 10位ADC作为输入,每个电路都试图映射输入,覆盖0 V至1.8 V之间的大部分规模。
 
基本的电池电压检测
 
图1.简略的电池电压检测。
 
图1展现了一种典型的同相全体增益负反馈运算放大器设置设备摆设,可以或许或许检测分压。LTP5901输入的ADC规模为0 V至1.8 V。R1和R2以最小的静态电流低落电池电压,以延长电池寿命。LTC2063的输入偏置电流非常低,即使这些高电阻值也不会影响最终的10位ADC的精度。LTC2063消耗最小的电源电流,供给随光阴和温度变更而呈现的零漂移优势。
 
电流检测
 
图2.电流检测电路。
 
电池供电和隔离电子设备的精彩之处在于:它可以或许或许在任何地位设置接地。在最便利的电路拓扑布局中,咱咱咱们可以或许或许在不丧失通用性的环境下检测电流,同时将终端放置在与本地接地相干的任何地位。对付单极电流,例如4 mA至20 mA的工业环路,人咱咱们可应用传统的低侧拓扑布局来安全检测与本地接地相干的电流。图2展现的是电流流过一个非常小的电阻R2,由此发生检测电压。因为放大器的零漂移、极低的失调电压机能等原因,这个输入电压可能非常小。电路所示颠末501 mΩ检测电阻发生的输入的增益增高101 V/V。在20 mA时,VOUT是1.012 V。可以或许或许抉择其余值来最大程度地应用ADC的1.8 V规模。
 
电阻R4相对较低,是LTC2063输入电容的低阻抗分流器。因此,较大的R1反馈电阻与输入电容之间的互相感化不会起到稳固感化。
 
构建的电路颠末优化之后,用于测试0 mA至35 mA电流、0 V至1.8 V ADC的映射规模。
 
辐照度计
 
图3.利用太阳能电池停止短路辐照度测量。
 
图2所示的电路也可以或许或许用来测量太阳能电池的短路电流。在短路电流情势下,硅和其余太阳能电池的电流与辐照度呈高度线性相干。短路电流是0 V太阳能电池的电流。图3中的电路并没有包管太阳能电池在最大电流时精确到达0 V;但是,即使在全日光下为20 mA,电压也仅为10 mV。太阳能电池上的10 mV电平在其I-V曲线上实际便是短路。
 
咱咱咱们可以或许或许以互阻放大器(TIA)作为替代。TIA可以或许或许强制让太阳能电池到达0 V,并测量电流。这种电路存在的成就在于,在全体辐照度规模内,都是由运算放大器为太阳能电池供给电流。如果对付长途检测电路,最重要的是最小化功耗,那么由运算放大器为电池供给20 mA是不行行的。
 
考虑到必要对峙近0 V,应应用一个小型检测电阻。对地位遥远、由电池供电的小电压履行检测再次表明,必要采纳高精度、低功耗的功率放大器,例如LTC2063。
 
太阳能装配所需的便是这类物理布局,即必要履行零温度漂移测量的无线Mesh网络。幸运的是,在短路条件下,硅光电二极管跟着温度的变更相对稳固。对付环境温度赓续变更的大型装配场地而言,采纳LTC2063和LTP5901-IPM,再加上硅太阳能电池,所构成的简略且靠得住的设计是非常抱负的解决计划。
 
采纳热电偶测量温度
 
图4.热电偶检测电路。
 
热电偶电压可以或许或许是正压也可以或许或许是负压。图4所示的电路交融采纳微功率基准电压源和微功率放大器来检测极小的正负电压。幸运的是,如果热电偶与被测器件(DUT)电气隔离,则可以或许或许置于任何便利的电压域中。图4中的示例应用LT6656-1.25,在1.25 V时偏置热电偶。电路输入是基于1.25 V基准电压源的小热电偶电压的高增益版本。对付这种设置设备摆设,0 V至1.8 V的ADC规模相当正当。如果不应用零漂移、低失调放大器,则无法实现2000 V/V阁下的极高增益。
 
结论
极低功耗、精准的长途检测相对是可行的。本文的示例显示,将低功耗、高精度放大器与可编程片上体系无线Mesh节点相结合是相当简略的。
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