CN0281 利用ADuC7060/ADuC7061精密模擬微控制器構建基于汽車SENT接口且?guī)Ю浣Y補償?shù)臒犭娕紲囟葌鞲衅?/h1>

CN0281 可不使用外部RTD而改用 ADT7311 溫度傳感器來測量冷結溫度。 使用ADT7311的源代碼隨附于設計支持包中的軟件包：www.analog.com/CN0281-DesignSupport 需要一個額外的外部穩(wěn)壓器來為ADT7311供電。該電路中用到了ADP7102，但也可使用ADP120。 如果微控制器上需要更多GPIO引腳，則可選擇采用48引腳LFCSP或48引腳LQFP封裝的ADuC7060。請注意，ADuC7060/ADuC7061可通過標準JTAG接口進行編程或調試。 使用外部基準電阻作為RTD測量的基準源時，建議以單位增益模式使用運算放大器來對VREF+引腳的輸入進行緩沖。這是為了確保進入VREF+引腳的輸入泄漏電流不會有損于測量精度。圖9中的OP193就是針對此目的。圖1顯示了額定工作溫度范圍為?40°C至+150°C的AD8628。 對于更寬的溫度范圍，可以使用不同的熱電偶，例如J型熱電偶。為使冷結補償誤差最小，可以讓一個熱敏電阻與實際的冷結接觸，而不是將其放在PCB上。 針對冷結溫度測量，可以用一個外部數(shù)字溫度傳感器來代替RTD和外部基準電阻。例如，ADT7311可以通過I2C接口連接到ADuC7060/ADuC7061。 有關冷結補償?shù)母?a target='_blank' class='arckwlink_none'>信息，請參閱ADI公司的《傳感器信號調理》第7章“溫度傳感器”。 SENT接口測試 評估SENT接口輸出時，利用數(shù)字示波器和邏輯分析儀。測試時間僅為1個SENT時鐘周期(100μs)，這是SENT標準允許的最大值。這項實施方案的限制因素包括以下幾點： 定時器FIQ中斷延遲的變化。ARM7的中斷延遲最高可達45個CPU時鐘。CPU時鐘頻率為10.24 MHz時，此延遲最高可達4.4μs。最小值為5個CPU時鐘(0.5μs)。當ARM7內核正在執(zhí)行LDMIA或STMIA(從存儲器加載或向其中存儲多個值)時，延遲狀況最差。選擇“Split Load and StoreMultiple(獨立加載和存儲多項)”編譯器選項即可最大限度地避免此問題，具體方法見圖5。 ADuC7060/ ADuC7061 上的10.24 MHz振蕩器在最差情況下的精度為±3%，工作溫度范圍為?40°C至+125°C。 ? 圖5. 選擇“Split Load and Store Multiple(獨立加載和存儲多項_”選項 ? 盡管存在這些限制，但選擇1個SENT時鐘周期(100μs)時，這種實施方案仍完全符合SENT規(guī)范的±20%時序精度要求。 圖1中的SENT輸出上考慮到了EMC濾波器。為此濾波器選擇值(R1、C1、C2)，以滿足目標發(fā)射器輸出波形，如圖6所示，從而降低因SENT輸出而造成的EMC輻射。 這里只對此濾波器做了有限測試；因此，忽略了該輸出濾波器的電阻和電容值，如圖1所示(R1、C1和C2)。 ? 圖6. SENT整形波形發(fā)射器輸出示例 ? 為了進一步測試和評估該電路，這里單獨評估了熱電偶測量和RTD測量。 熱電偶測量測試 基本測試設置如圖7所示。使用了兩種方法來評估該電路的性能。首先使用連接到電路板的熱電偶來測量冰桶的溫度，然后測量沸水的溫度。 ? 圖7. 用于在整個熱電偶輸出電壓范圍內校準和測試電路的設置 ? 使用Wavetek 4808多功能校準儀來充分評估誤差，如圖3和圖4所示。這種模式下，校準儀代替熱電偶作為電壓源，如圖7所示。為了評估T型熱電偶的整個范圍，利用校準儀設置T型熱電偶?200°C至+350°C的正負溫度范圍之間52個點的等效熱電偶電壓(T型熱電偶請參見ITS-90表)。 為了評估查找算法的精度，將?200°C至+350°C溫度范圍內每隔+1°C的溫度所對應的551個電壓讀數(shù)傳遞到溫度計算函數(shù)中。針對線性方法和分段線性逼近法計算得到誤差，如圖3和圖4所示。 RTD測量測試 為了評估RTD電路和線性化源代碼，以精確的可調電阻源代替了電路板上的RTD。所用的儀器是1433-Z十進制電阻。測試的RTD值范圍是90Ω到140Ω，代表?25°C到+114°C的RTD溫度范圍。 圖8顯示了RTD測試的誤差結果，圖9則顯示了設置電路。 ? 圖8. 使用分段線性代碼和ADC0測量結果進行RTD測量時的°C誤差 ? 圖9. 用于校準和測試?25°C至+114°C范圍內RTD輸出電壓的測試設置 ? 本應用中用到： ADuC7060/ ADuC7061的下列特性: 內置PGA的24位∑-△型主ADC。PGA的增益在本應用的軟件中設置為32。主ADC在熱電偶信號采樣與RTD電壓信號采樣之間連續(xù)切換。 如果用RTD測量冷結溫度，可編程激勵電流源會驅動受控電流流過RTD。雙通道電流源可在0μA至2μA范圍內以200μA階躍配置。本例使用200μA設置，以便將RTD自熱效應引起的誤差降至最小。 如果用ADT7311測量冷結溫度，將在主機模式下使用SPI接口來連接ADT7311從機。 ADuC7060/ ADuC7061中ADC的內置1.2 V基準電壓源。內部基準電壓源精度高，適合測量熱電偶電壓。 ADuC7060/ ADuC7061中ADC的外部基準電壓源。為了測量RTD電阻，我們采用比率式設置，將一個外部基準電阻(RREF)連接在外部VREF+和VREF?引腳上。 AD8628?單電源運算放大器用于緩沖RREF至ADC的高阻抗基準電壓。 OP193是用于替代AD8628的另一可選擇型號。 用于將熱電偶共模電壓設為地以上850 mV的DAC。 ARM7TDMI?內核。功能強大的16/32位ARM7內核集成了32 kB閃存和SRAM存儲器，用來運行用戶代碼，可配置并控制ADC、通過RTD處理ADC轉換，以及控制SPI接口的通信。 定時器1和數(shù)字輸出引腳用于產生SENT輸出信號。 用于抑制ESD、電快速瞬變(EFT)和電涌瞬變(最高23kV)的可選PESDLIN保護二極管。 按照SAE J2716標準(SENT協(xié)議)第6.3.1節(jié)的建議在SENT輸出端提供了EMC濾波器。 兩個外部開關用來強制該器件進入閃存引導模式。使S1處于低電平，同時切換S2，ADuC7060/ADuC7061將進入引導模式，而不是正常的用戶模式。在引導模式下，通過UART接口可以對內部閃存重新編程。 熱電偶和RTD產生的信號均非常小，因此需要使用PGA來放大這些信號。ADuC7060/ADuC7061的輔助ADC不含PGA，因此二者均連接到主ADC，二者之間的切換通過軟件完成。 本應用使用的熱電偶為T型(copperconstantan)，其溫度范圍為?200°C至+350°C，靈敏度約為40μV/°C，這意味著ADC在雙極性模式和32倍PGA增益設置下可以覆蓋熱電偶的整個溫度范圍。 RTD用于冷結補償。本電路使用的是100Ω 鉑RTD，型號為Enercorp PCS 1.1503.1。它采用0805表貼封裝，溫度變化率為0.385Ω /°C。 注意，基準電阻RREF應為精密5.6 kΩ (±0.1%)電阻。 SENT接口 SENT接口是一種單引腳單向(傳感器至主機)時間調制信號，主要用于在汽車系統(tǒng)中使分布式傳感器與主機CPU接口。 SENT的主要要求包括以下幾點： 必須有0 V至5 V的信號擺幅，且?guī)в蠩MC濾波。 用于SENT信號的時鐘必須具備±20%的精度。 SENT輸出電路必須足夠穩(wěn)定，以耐受對地短路和電源電壓短路。 關聯(lián)的源代碼使用ADuC7061的P0.4數(shù)字引腳作為SENT輸出引腳。所用數(shù)據(jù)包格式為單傳感器數(shù)據(jù)包格式，詳見SAE J2716標準(SENT協(xié)議)文檔的第A.4節(jié)?？尚薷脑创a(尤其是SENT.h和Sent.c文件)，來支持其它數(shù)據(jù)包格式。整體溫度結果以/°C格式通過數(shù)據(jù)半字節(jié)1至數(shù)據(jù)半字節(jié)3返回。總而言之，返回的輸出數(shù)據(jù)包為 同步脈沖的56個時鐘周期 狀態(tài)脈沖(7個周期至15個周期) 數(shù)據(jù)半字節(jié)1(溫度結果的Bit 11至Bit 8) 數(shù)據(jù)半字節(jié)2(溫度結果的Bit 7至Bit 4) 數(shù)據(jù)半字節(jié)3(溫度結果的Bit 3至Bit 0) 數(shù)據(jù)半字節(jié)4(計數(shù)器的Bit 7至Bit 4) 數(shù)據(jù)半字節(jié)5(計數(shù)器的Bit 3至Bit 0) 數(shù)據(jù)半字節(jié)6(與半字節(jié)1相反) 圖2為數(shù)據(jù)包示例。 圖2. 在P0.4引腳處測得的示例SENT數(shù)據(jù)包 ? 該電路必須構建在具有較大面積接地層的多層印刷電路板(PCB)上。為實現(xiàn)最佳性能，必須采用適當?shù)牟季?、接地和去耦技術(請參見指南MT-031“實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉換器的接地并解開AGND和DGND的謎團”、 指南MT-101“去耦技術”以及ADuC7060/ ADuC7061評估板布局)。 代碼說明 定時器1用于控制SENT輸出引腳P0.4。根據(jù)熱電偶的ADC結果和冷結溫度計算出溫度結果后，SENT數(shù)據(jù)包結構SENT_PACKET將更新，并且定時器1會啟動。該結構的域會在P0.4引腳上逐個輸出，如圖2所示。數(shù)據(jù)包的第一級是同步序列。主機根據(jù)此脈沖確定時鐘周期，并據(jù)此確定后續(xù)半字節(jié)值。 要獲得溫度讀數(shù)，應測量熱電偶和RTD的溫度。RTD溫度通過一個查找表轉換為其等效熱電偶電壓。將這兩個電壓相加，便可得到熱電偶電壓的絕對值。 首先，測量熱電偶兩條線之間的電壓(V1)。然后，測量RTD電壓并通過查找表將其轉換為溫度。接著，將此溫度轉換為其等效熱電偶電壓(V2)。然后，將V1和V2相加，以得出整體熱電偶電壓，接著將此值轉換為最終的溫度測量結果。 最后，采用分段線性方案來計算最終的溫度值。固定數(shù)量的電壓各自對應的溫度存儲在一個數(shù)組中，其間的值則利用相鄰點的線性插值法計算。圖3給出了使用理想熱電偶電壓時的算法誤差。圖4顯示了使用ADuC7060/ADuC7061上的ADC0引腳測量整個熱電偶工作范圍內的52個熱電偶電壓時獲得的誤差。最差情況的總誤差小于1°C。 圖3. 通過分段線性逼近法利用52個校準點和理想測量值計算時的誤差 ? 圖4. 通過分段線性逼近法利用在ADuC7060/ADuC7061的ADC0引腳處測量的52個校準點計算時的誤差 ? RTD溫度是運用查找表計算出來的，并且對RTD的運用方式與對熱電偶一樣。注意，描述RTD溫度與電阻關系的多項式與描述熱電偶的多項式不同。 設計支持包中的源代碼是利用KEILμVision V3.90生成的。 欲了解有關線性化和實現(xiàn)RTD最佳性能的詳細信息，請參考 應用筆記AN-0970“利用ADuC706x微控制器實現(xiàn)RTD接口和線性化”。 CN0281 利用ADuC7060/ADuC7061精密模擬微控制器構建基于汽車SENT接口且?guī)Ю浣Y補償?shù)臒犭娕紲囟葌鞲衅?本電路顯示如何在精密熱電偶溫度監(jiān)控應用中使用 ADuC7060 或 ADuC7061精密模擬微控制器ADuC7060/ADuC7061集成雙通道24位∑-△型模數(shù)轉換器(ADC)、雙通道可編程電流源、14位數(shù)模轉換器(DAC)、1.2 V內置基準電壓源以及ARM7內核、32 kB閃存、4 kB SRAM和各種數(shù)字外設，例如UART、定時器、串行外設接口(SPI)和I2C接口。 在該電路中，ADuC7060/ADuC7061連接到一個熱電偶和一個100Ω鉑電阻溫度檢測器(RTD)。RTD用于冷結補償。作為額外選項，ADT7311數(shù)字溫度傳感器可用于代替RTD來測量冷結溫度。 在源代碼中，ADC采樣速率選擇4 Hz。當ADC輸入可編程增益放大器(PGA)的增益配置為32時，ADuC7060/ADuC7061的無噪聲分辨率大于18位。 與主機的單邊半字節(jié)傳輸(SENT)接口通過使用定時器控制數(shù)字輸出引腳來實現(xiàn)。然后，使用外部NPN晶體管將此數(shù)字輸出引腳通過外部方式電平轉換為5 V。按照SENT協(xié)議(SAE J2716標準)第6.3.1節(jié)的建議在SENT輸出電路中提供了EMC濾波器。數(shù)據(jù)按下降沿到下降沿測量，每個脈沖的持續(xù)時間與系統(tǒng)時鐘周期數(shù)相關?？赏ㄟ^測量SYNC脈沖來確定系統(tǒng)時鐘速率。SYNC脈沖在每個數(shù)據(jù)包開始時發(fā)送。要了解更多詳情，請參見“SENT接口”部分。 圖1. 具有熱電偶接口、用作溫度監(jiān)控器控制器的ADuC7060/ADuC7061(原理示意圖，未顯示所有連接) ? cn0281 CN0281 | circuit note and reference circuit info 利用ADuC7060/ADuC7061精密模擬微控制器構建基于汽車SENT接口且?guī)Ю浣Y補償?shù)臒犭娕紲囟葌鞲衅?| Analog Devices 本電路顯示如何在精密熱電偶溫度監(jiān)控應用中使用 ADuC7060 或

帶冷結補償?shù)臒犭娕紓鞲衅?/li>

車用SENT接口

(analog)