CN0145 利用精密模擬微控制器ADuC7060/ADuC7061構(gòu)建4 mA至20 mA環(huán)路供電溫度監(jiān)控器

CN0145 片內(nèi)DAC可以代替PWM來實(shí)現(xiàn)相同的功能，優(yōu)勢(shì)是響應(yīng)速度更快且成本更低。此時(shí)不需要基準(zhǔn)電壓源ADR280。 可以用OP90代替OP193。 本電路由線性調(diào)節(jié)器 ADP1720 （可調(diào)版本）供電，它將環(huán)路電源調(diào)節(jié)至2.5 V，用于ADuC7060/ADuC7061、運(yùn)算放大器 OP193和可選的基準(zhǔn)電壓源ADR280 。 4 mA-20 mA反饋電路主要由ADuC7060的片內(nèi)16位PWM（脈沖寬度調(diào)制器）控制。PWM的占空比通過軟件配置，以控制47.5 ΩRLOOP電阻上的電壓，進(jìn)而設(shè)置環(huán)路電流。請(qǐng)注意，RLOOP上方連接到ADuC7060接地，RLOOP下方連接到環(huán)路接地。因此，ADuC7060/ADuC7061、ADP1720、ADR280和OP193所引起的電流，以及濾波PWM輸出所設(shè)置的電流，均流經(jīng)RLOOP。 VREF由1.2 V精密基準(zhǔn)電壓源ADR280提供?；蛘?，也可以配置ADuC7060/ADuC7061的片內(nèi)DAC來提供1.2 V基準(zhǔn)電壓，但使能內(nèi)部DAC會(huì)導(dǎo)致額外的功耗。 R1與R2接點(diǎn)電壓可以表示為： 當(dāng)VIN = 0時(shí)，將產(chǎn)生滿量程電流，此時(shí)VRLOOP = VREF。因此，滿量程電流為VREF/RLOOP，或者約為24 mA。當(dāng)VIN = VREF/2，無電流流動(dòng)。 VIN時(shí)放大器OP193為高阻抗?fàn)顟B(tài)，不會(huì)構(gòu)成PWM濾波輸出的負(fù)載。放大器輸出的變化幅度很小，僅約為0.7 V。 量程極限（0 mA至4 mA和20 mA至24 mA）處的性能無關(guān)緊要；因此，運(yùn)算放大器不需要在電源軌時(shí)具有良好的性能。 R1和R2的絕對(duì)值無關(guān)緊要。不過應(yīng)注意，R1與R2的匹配度很重要。 還應(yīng)注意利用ADuC7060/ADuC7061上ADC0的輸入通道測(cè)量VR12點(diǎn)電壓的可能性。此ADC測(cè)量結(jié)果可以用作反饋，以便PWM控制軟件調(diào)整4 mA至20 mA電流設(shè)置。 ADuC7060/ADuC7061的主ADC測(cè)量RTD上的電壓。RTD由片內(nèi)激勵(lì)電流源IEXC0激勵(lì)。建議將激勵(lì)電流配置為200 μA以降低功耗，測(cè)量間隙應(yīng)將其關(guān)閉。主ADC前端的內(nèi)部PGA增益配置為16或32。RTD測(cè)量的基準(zhǔn)源可以是內(nèi)部基準(zhǔn)源或外部5.62 kΩ參考電阻。選擇外部電阻可以進(jìn)一步降低功耗。有關(guān)RTD與ADC接口和ADC結(jié)果線性化技術(shù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參考應(yīng)用筆記AN-0970和電路筆記CN-0075。 該電路的功耗要求取決于溫度監(jiān)控模塊是直接采用4 mA至20 mA環(huán)路電源供電，還是采用4線式有源環(huán)路供電（溫度監(jiān)控模塊采用獨(dú)立電源）。本文假設(shè)溫度監(jiān)控模塊采用環(huán)路電源供電，因此該模塊的總功耗不應(yīng)超過約3.6 mA。 為支持低功耗運(yùn)行，可以對(duì)內(nèi)部POWCON0寄存器進(jìn)行編程，以降低ADuC7060/ADuC7061內(nèi)核的工作速度。其最高頻率10.28 MHz可以按2的冪（2至128）進(jìn)行分頻。測(cè)試期間使用的時(shí)鐘分頻值為16，此時(shí)內(nèi)核速度為640 kHz。主ADC使能時(shí)，增益為32。PWM也可使能。所有其它外設(shè)均禁用。 針對(duì)我們的電路和測(cè)試設(shè)置，表1詳細(xì)列出了IDD的各項(xiàng)功耗，表2則列出了各種外設(shè)的功耗。 Table 1. Typical IDD Values for Components of Temperature?Monitor Circuit ?? Component? IDD Value? at 25°C? ?IDD Value? at 85°C ADuC7060/ADuC7061? ADC0 On, Gain = 32, FADC = 100 Hz CPU speed = 640 kHz? (POWCON0 = 0x7C) PWM On. PWMCON1 = 0x100 External reference selected by ADC0.? All other peripherals off. Note: Add excitation current value to? this figure. Typical value is 200 μA. ?2.45 mA ?0.2 mA ?2.74 mA ?0.2 mA ?ADR280, 1.2 V Reference ?12 μA ?15 μA ?ADP1720, 2.5 V Output Linear Regulator ?200 μA 3 ?300 μA ?OP193, Low Power Op Amp ?15 μA ?25 μA ?Remaining Circuitry ?50 μA ?50 μA ?Total Current Less Excitation Current ?2.73 mA ?3.13 mA 圖2的DNL圖顯示：在4 mA至20 mA關(guān)鍵范圍內(nèi)，DNL典型值優(yōu)于0.6 LSB。這些測(cè)試在PWM輸出端采用二階濾波器，并使用兩個(gè)47 kΩ電阻和兩個(gè)100 nF電容，如圖1所示。 圖2. 電路的典型DNL性能? 利用ADC測(cè)量點(diǎn)VR12和電路其它點(diǎn)的電壓，可以增強(qiáng)PWM輸出的性能。這種反饋方法可以用于校準(zhǔn)PWM輸出，以提供更高精度。 請(qǐng)注意，PWM電路僅用來設(shè)置0 V至600 mV范圍內(nèi)的輸出電壓，因此代碼數(shù)量得以減少。0以上的碼代表大于24 mA的值，因而無關(guān)緊要。 關(guān)于ADC測(cè)量性能，請(qǐng)參考AN-970、CN-0075和ADuC7060/ADuC7061數(shù)據(jù)手冊(cè)。 Table 2. Typical IDD Values for Different Peripherals on the?ADuC7060/ADuC7061 Peripheral of ADuC7060/61? DD Value, Typical, 25°C? ?ARM7 Core @ ?10.24 MHz ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?5.12 MHz? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2.56 MHz ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1.28 MHz ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 640 kHz ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 320 kHz ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 160 kHz ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 80 kHz ?5.22 mA ?4.04 mA ?2.7 mA ?2 mA ?1.674 mA ?1.5 mA ?1.42 mA ?1.38 mA ?Primary ADC, ?G = 1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? G = 4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? G ≥ 128 ?30 μA ?440 μA ?630 μA ?Auxiliary ADC ?350 μA ?DAC ?330 μA ?PWM ?340 μA ?SPI ?40 μA ?UART ?200 μA CN0145 利用精密模擬微控制器ADuC7060/ADuC7061構(gòu)建4 mA至20 mA環(huán)路供電溫度監(jiān)控器 該電路提供一種簡(jiǎn)單的高度集成溫度監(jiān)控器解決方案，它可以與4 mA至20 mA主機(jī)控制器接口。由于絕大部分電路功能都集成在精密模擬微控制器 ADuC7060/ ADuC7061 中，包括雙通道24位Σ-Δ型ADC、ARM7處理器內(nèi)核以及用于控制4 mA至20 mA反饋電路的DAC/PWM特性，因此本電路是一種成本非常低的溫度監(jiān)控解決方案。 ADuC7060/ADuC7061內(nèi)集成的ADC和其它模擬電路性能優(yōu)于其它集成模擬電路的微控制器競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品。與使用分立ADC和單獨(dú)微控制器的解決方案相比，本電路堪稱性價(jià)比最高、功耗最低、電路板面積最小的解決方案。高度集成和低功耗特性，使ADuC7060/ADuC7061能夠直接采用4 mA至20 mA應(yīng)用中的環(huán)路電源供電。如果ARM7內(nèi)核在640 kHz下工作，主ADC有效并測(cè)量外部RTD溫度傳感器，PWM控制4 mA至20 mA反饋電路，則整個(gè)電路的功耗典型值為3.15 mA。有關(guān)功耗的詳細(xì)信息參見電路描述部分。 圖1. ADuC7061控制4 mA至20 mA環(huán)路溫度監(jiān)控電路（原理示意圖，未顯示去耦和所有連接）? 在溫度測(cè)量的間隙，可以關(guān)斷ADC和RTD激勵(lì)電流源，以進(jìn)一步降低功耗。 100 Ω Pt RTD為Enercorp #PCS11503.1。完整電路的精度高于±1°C。此RTD的溫度范圍為?50°C至+130°C。它采用1206尺寸的SMD封裝，溫度系數(shù)為0.385 Ω/°C。 ADuC7060/ADuC7061內(nèi)部主ADC的峰峰值無噪聲碼分辨率大于18位?；赑WM的DAC輸出提供12位有效分辨率。整個(gè)電路的性能將在電路描述部分討論。 ADuC7061采用5 mm × 5 mm 32-LFCSP小型封裝，因此整個(gè)電路可以放在極小的PCB上，從而進(jìn)一步降低成本。 本電路的重點(diǎn)主要在4 mA至20 mA接口方面。有關(guān)RTD傳感器與ADC接口和RTD測(cè)量結(jié)果線性化技術(shù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參考應(yīng)用筆記 AN-0970(中文版） 和電路筆記CN-0075。 CN0145 該電路提供一種簡(jiǎn)單的高度集成溫度監(jiān)控器解決方案，它可以與4 mA至20 mA主機(jī)控制器接口。由于絕大部分電路功能都集成在精密模擬微控制器adi