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

CN0145 片內DAC可以代替PWM來實現(xiàn)相同的功能，優(yōu)勢是響應速度更快且成本更低。此時不需要基準電壓源ADR280。 可以用OP90代替OP193。 本電路由線性調節(jié)器 ADP1720 （可調版本）供電，它將環(huán)路電源調節(jié)至2.5 V，用于ADuC7060/ADuC7061、運算放大器 OP193和可選的基準電壓源ADR280 。 4 mA-20 mA反饋電路主要由ADuC7060的片內16位PWM（脈沖寬度調制器）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，進而設置環(huán)路電流。請注意，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輸出所設置的電流，均流經RLOOP。 VREF由1.2 V精密基準電壓源ADR280提供?；蛘撸部梢耘渲肁DuC7060/ADuC7061的片內DAC來提供1.2 V基準電壓，但使能內部DAC會導致額外的功耗。 R1與R2接點電壓可以表示為： 當VIN = 0時，將產生滿量程電流，此時VRLOOP = VREF。因此，滿量程電流為VREF/RLOOP，或者約為24 mA。當VIN = VREF/2，無電流流動。 VIN時放大器OP193為高阻抗狀態(tài)，不會構成PWM濾波輸出的負載。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）處的性能無關緊要；因此，運算放大器不需要在電源軌時具有良好的性能。 R1和R2的絕對值無關緊要。不過應注意，R1與R2的匹配度很重要。 還應注意利用ADuC7060/ADuC7061上ADC0的輸入通道測量VR12點電壓的可能性。此ADC測量結果可以用作反饋，以便PWM控制軟件調整4 mA至20 mA電流設置。 ADuC7060/ADuC7061的主ADC測量RTD上的電壓。RTD由片內激勵電流源IEXC0激勵。建議將激勵電流配置為200 μA以降低功耗，測量間隙應將其關閉。主ADC前端的內部PGA增益配置為16或32。RTD測量的基準源可以是內部基準源或外部5.62 kΩ參考電阻。選擇外部電阻可以進一步降低功耗。有關RTD與ADC接口和ADC結果線性化技術的詳細信息，請參考應用筆記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)控模塊采用獨立電源）。本文假設溫度監(jiān)控模塊采用環(huán)路電源供電，因此該模塊的總功耗不應超過約3.6 mA。 為支持低功耗運行，可以對內部POWCON0寄存器進行編程，以降低ADuC7060/ADuC7061內核的工作速度。其最高頻率10.28 MHz可以按2的冪（2至128）進行分頻。測試期間使用的時鐘分頻值為16，此時內核速度為640 kHz。主ADC使能時，增益為32。PWM也可使能。所有其它外設均禁用。 針對我們的電路和測試設置，表1詳細列出了IDD的各項功耗，表2則列出了各種外設的功耗。 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關鍵范圍內，DNL典型值優(yōu)于0.6 LSB。這些測試在PWM輸出端采用二階濾波器，并使用兩個47 kΩ電阻和兩個100 nF電容，如圖1所示。 圖2. 電路的典型DNL性能? 利用ADC測量點VR12和電路其它點的電壓，可以增強PWM輸出的性能。這種反饋方法可以用于校準PWM輸出，以提供更高精度。 請注意，PWM電路僅用來設置0 V至600 mV范圍內的輸出電壓，因此代碼數(shù)量得以減少。0以上的碼代表大于24 mA的值，因而無關緊要。 關于ADC測量性能，請參考AN-970、CN-0075和ADuC7060/ADuC7061數(shù)據(jù)手冊。 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爭產品。與使用分立ADC和單獨微控制器的解決方案相比，本電路堪稱性價比最高、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應用中的環(huán)路電源供電。如果ARM7內核在640 kHz下工作，主ADC有效并測量外部RTD溫度傳感器，PWM控制4 mA至20 mA反饋電路，則整個電路的功耗典型值為3.15 mA。有關功耗的詳細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）? 在溫度測量的間隙，可以關斷ADC和RTD激勵電流源，以進一步降低功耗。 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，因此整個電路可以放在極小的PCB上，從而進一步降低成本。 本電路的重點主要在4 mA至20 mA接口方面。有關RTD傳感器與ADC接口和RTD測量結果線性化技術的詳細信息，請參考應用筆記 AN-0970(中文版） 和電路筆記CN-0075。 CN0145 該電路提供一種簡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