精確、低功耗的遙感理念

此處顯示的遙感示例具有高可靠性、易于連接和極低的功耗。這些電路面向需要可靠通信和最少電池維護的工業(yè)環(huán)境。這些解決方案將低功耗、高精度放大方面的最新進展與相對低功耗、高可靠性的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能相結(jié)合。支持這些解決方案的是零漂移、低輸入偏置放大器LTC2063（最大工作電流為2 μA）和LTP5901-IPM（睡眠模式下功耗低于1.5 μA）。這些器件的功耗足夠低，以至于它們可以由銅和鋅電極組成的臺式電池供電，每個電極面積為四英寸見方，電解質(zhì)由檸檬的精髓內(nèi)臟組成。

無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)

在工業(yè)環(huán)境中，在無線網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行和檢索的測量很少需要高速，但它們通常需要高可靠性和安全性，此外還需要低功耗操作以最大限度地延長電池工作時間。LTP5901-IPM 在 802.15.4e 無線網(wǎng)絡(luò)中形成一個節(jié)點或智能網(wǎng)狀 IP Mote。LTP5901-IPM 集成了一個 10 位、0 V 至 1.8 V ADC 和一個內(nèi)部 ARM Cortex-M3 32 位微處理器，可實現(xiàn)易于編程的檢測。此微塵專為安全性、可靠性、低功耗、靈活性和可編程性而設(shè)計。???

四感應(yīng)用

總體而言，以下電路的設(shè)計不需要火箭科學。然而，它們整潔、高效，并且針對特定應(yīng)用進行了精心定制。復雜性不是必需的，事實上，這將是一個成本和可靠性風險。

每個電路在輸入端接合一個傳感器，并處理傳感器輸出以產(chǎn)生輸出電壓。當LTP5901-IPM 10位ADC作為輸入時，每個電路都嘗試映射輸入以捕獲0 V至1.8 V范圍內(nèi)的大部分電壓。

基本電池電壓檢測

圖1所示為檢測分壓的典型同相單位增益負反饋運算放大器配置。LTP5901輸入端的ADC范圍為0 V至1.8 V.R1和R2以最小的靜態(tài)電流分壓電池電壓，以實現(xiàn)持久的電池壽命。LTC2063 的輸入偏置電流足夠低，即使這些大電阻值也不會影響最終的 10 位 ADC 準確度。LTC2063 消耗的電源電流極少，并提供了相對于時間和溫度的零漂移優(yōu)勢。

圖1.簡單的電池電壓檢測。

電流感

電池供電和隔離電子設(shè)備的美妙之處在于能夠在任何地方放置接地。人們可以在最方便的電路拓撲中檢測電流而不會損失通用性，同時將端子放置在相對于本地接地的任何位置。對于4 mA至20 mA工業(yè)環(huán)路等單極性電流，可以使用傳統(tǒng)的低邊拓撲結(jié)構(gòu)安全地檢測相對于本地接地的情況。圖2顯示了流過一個非常小的電阻R2的電流，該電阻產(chǎn)生檢測電壓。由于放大器的零漂移、極低值失調(diào)電壓性能，該輸入電壓可能非常小。所示電路將501 mΩ檢測電阻產(chǎn)生的輸入增益提高101 V/V。在 20 mA 時，V外為 1.012 V?？梢赃x擇其他值，以最大限度地利用ADC的1.8 V范圍。

圖2.電流檢測電路。

電阻 R4 相對較低，并充當 LTC2063 輸入電容的低阻抗分流器。因此，大R1反饋電阻和輸入電容之間的相互作用不會影響穩(wěn)定性。

該電路針對0 mA至35 mA的測試電流范圍進行了優(yōu)化，映射到0 V至1.8 V ADC范圍。

輻照度計

圖2所示電路還可用于測量太陽能電池的短路電流。硅和其他太陽能電池在短路電流模式下運行時，電流與輻照度呈高度線性關(guān)系。短路電流是來自0 V的太陽能電池的電流。圖3中的電路在最大電流下無法將太陽能電池精確保持在0 V;但是，即使在陽光下為20 mA，電壓也僅為10 mV。太陽能電池兩端的10 mV電平實際上在其I-V曲線上很短。

圖3.在短路中使用太陽能電池進行輻照度測量。

人們可能會想到一個跨阻放大器（TIA）。TIA可以在太陽能電池上施加0 V的電壓并測量電流。這種電路的問題在于運算放大器在整個輻照度范圍內(nèi)提供太陽能電池的電流。當優(yōu)先考慮遠端檢測電路的最小功耗時，電池通過運算放大器的20 mA電流是不可接受的。

鑒于需要保持在0 V附近，應(yīng)使用一個小的檢測電阻。位于遠程、電池供電的小電壓檢測再次建議使用非常準確的低功率放大器，例如 LTC2063。

太陽能裝置產(chǎn)生的物理布局正是需要具有零溫度漂移測量的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的各種物理布局。幸運的是，硅光電二極管在短路條件下相對于溫度相當穩(wěn)定。利用 LTC2063 和 LTP5901-IPM 的簡單而穩(wěn)健的設(shè)計與硅太陽能電池相結(jié)合，是在環(huán)境溫度條件不斷變化的大型安裝現(xiàn)場進行檢測的理想解決方案。

使用熱電偶進行溫度測量

熱電偶電壓可以是正電壓，也可以是負電壓。圖4所示電路結(jié)合了微功耗基準和微功耗放大器來檢測正負極微小電壓。幸運的是，如果熱電偶與其被測器件（DUT）電氣隔離，則可以放置在任何方便的電壓域。圖4中的示例使用LT6656-1.25將熱電偶偏置為1.25 V。電路輸出是1.25 V基準電壓源上的小熱電偶電壓的高增益版本。0 V至1.8 V的ADC范圍是此配置的合理目標。如果不采用零漂移、低失調(diào)放大器，大約2000 V/V的極高增益是不可行的。

圖4.熱電偶檢測電路。

結(jié)論

極低的功率，精確的遙感是絕對可以實現(xiàn)的。本文所示的示例揭示了將低功耗、高精度放大器與可編程片上系統(tǒng)無線網(wǎng)狀節(jié)點相結(jié)合的簡單性。

審核編輯：郭婷