SAM L21 Xplained開(kāi)發(fā)板測(cè)量電流的原理

SAM L21 Xplained開(kāi)發(fā)板是ATMEL第一款支持電流測(cè)量的開(kāi)發(fā)板，可以使用Data Visualizer查看L21的運(yùn)行功耗。SAM L21 Xplained開(kāi)發(fā)板是怎樣測(cè)量電流的？下面和大家一起進(jìn)行分析一下。

我們先下載SAM L21 Xplained開(kāi)發(fā)板的用戶指南，這是一個(gè)zip文檔，展開(kāi)后打開(kāi)SAML21_Xplained_Pro_design_documentation_release_rev3.pdf這個(gè)文件，它包含了原理圖、PCB、絲印圖、元件表等。我們重點(diǎn)看原理圖，下面的圖都來(lái)自這個(gè)pdf文件中的原理圖部分。

先看下圖：

圖一

這是SAM L21 Xplained開(kāi)發(fā)板的電流測(cè)量部分的框圖。電源從CURRENT_MEASUREMENT_IN送到CURRENT_IN，經(jīng)過(guò)左上角的模擬前端電路，從CURRENT_OUT輸出。這里就完成了電流采樣、信號(hào)放大等功能。然后通過(guò)Q500，連接到CURRENT_MEASUREMENT_OUT，這里最終通過(guò)短路塊連接到SAM L21芯片。

SAM L21 Xplained開(kāi)發(fā)板上使用了一顆獨(dú)立的SAMD20E17A芯片進(jìn)行電流測(cè)量控制，它在上圖的左下方。SAMD20完成輸出控制、電流測(cè)量、采樣控制、電流校正等功能。SAMD20將采樣的數(shù)據(jù)送到EDBG，在和上位機(jī)軟件通信。

我們?cè)趤?lái)分析一下具體的電流采樣電路，它是上圖中左上角電路的一部分，上面的標(biāo)號(hào)是對(duì)應(yīng)的。

圖二

待測(cè)的電流通過(guò)CURRENT_IN輸入，經(jīng)過(guò)電阻R702（100Ω），然后輸出到CURRENT_OUT，這是小電流回路。也可以電阻R700（0.1）和Q700，這是為了測(cè)量大電流。Q700是IRLML6402，它的通斷由HIGH0CURRENT_RANGE_DISAB信號(hào)控制。IRLML6402的最大導(dǎo)通電阻是0.065Ω，典型是0.05Ω。因?yàn)镸OS管的RDS不是恒定值，這也說(shuō)明電流的測(cè)量不會(huì)非常精確。

R702的下方是低噪聲放大器AD4528-1，它和Q701、R702、R704、R707一起組成了電流放大電路，這是一個(gè)比較典型的運(yùn)放電路檢測(cè)電路，這個(gè)放大電路怎樣分析？大家先想一想，然后在和我的分析對(duì)照一下。

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在看看電流放大電路的另外一部分：

圖三

這部分的輸入是圖二的輸出VR707，然后通過(guò)兩個(gè)不同增益的同相放大電路，產(chǎn)生兩路輸出。

GAIN_HIGH = 1 + R703 / R705 = 15.7

GAIN_LOW = 1 + R708 / R709 = 2

因此：

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為了提高ADC的精度，SAM D20的ADC使用了精密外部基準(zhǔn)芯片LM4041-ADJ。

圖四

參考電壓的計(jì)算公式是：VRef = 1.24 * （1 + R606 / R605） = 2.705V

除了電流采樣電路，還有校準(zhǔn)電路。它相當(dāng)于用程序控制MOS，動(dòng)態(tài)切換不同的負(fù)載，有點(diǎn)自動(dòng)換量程的感覺(jué)，這里就不再進(jìn)行分析了，大家自行研究一下。

圖五

從電路成本看，使用AD4528-1不會(huì)比專(zhuān)用的電流檢測(cè)芯片便宜（比如EFM32開(kāi)發(fā)板上就是使用LTC6102檢測(cè)電流），精度也不會(huì)更高，但是更加靈活，可以選擇不同增益，可以切換到校準(zhǔn)電路。