僅需一只管腳的電流MV極LED功率低基準(zhǔn)電壓功耗電壓基準(zhǔn)
出處:Peter T. Miller 發(fā)布于:2011-08-28 10:39:15
電源軌一般用于為微控制器的電壓基準(zhǔn)源供電。在功率關(guān)鍵的電池供電應(yīng)用中,即使持續(xù)數(shù)10s的毫安級電流也是被禁止的。這種情況下,需要增加一個用于控制基準(zhǔn)電壓通斷的管腳。通過與電壓基準(zhǔn)源并聯(lián)一個0.1μF電容,并使用一個可從本設(shè)計實例在線版上的簡單軟件,只需要一個管腳就可以同時完成基準(zhǔn)電壓的供電與讀取任務(wù)。

圖1,一個電壓基準(zhǔn)與一只電容為微控制器提供一個基準(zhǔn)電壓。
當(dāng)如圖1連接電壓基準(zhǔn)時,軟件將Microchip公司PIC芯片的VREF(基準(zhǔn)電壓)管腳配置成一個開關(guān)導(dǎo)通的輸出端。經(jīng)過約300μs后,電容上的電壓穩(wěn)在1.225V.
基準(zhǔn)電壓是指傳感器置于0℃的溫場(冰水混合物),在通以工作電流(100μA)的條件下,傳感器上的電壓值。實際上就是0點電壓。其表示符號為V(0),該值出廠時標(biāo)定,由于傳感器的溫度系數(shù)S相同,則只要知道基準(zhǔn)電壓值V(0),即可求知任何溫度點上的傳感器電壓值,而不必對傳感器進行分度。電壓基準(zhǔn)與系統(tǒng)有關(guān)。在要求測量的應(yīng)用場合,其準(zhǔn)確度受使用基準(zhǔn)值的準(zhǔn)確度的限制。但是在許多系統(tǒng)中穩(wěn)定性和重復(fù)性比更重要;而在有些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中電壓基準(zhǔn)的長期準(zhǔn)確度幾乎完全不重要,但是如果從有噪聲的系統(tǒng)電源中派生基準(zhǔn)就會引起誤差。
ZXRE4041上電時存在著一個初始過沖。然后,該管腳被配置為一個ADC基準(zhǔn)電壓源的模擬輸入。當(dāng)ZXRE4041斷電時,在下一個50μs中,基準(zhǔn)電壓會快速掉落20mV.有了0.1μF電容,因為有泄漏,電壓會在2ms時間上緩慢跌落60mV.雖然這個延遲是指數(shù)性的,但速率很低,從實用角度說,可以認為在這個短的時間窗口內(nèi)它是線性的。
ADC,Analog-to-Digital Converter的縮寫,指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器或者模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。真實世界的模擬信號,例如溫度、壓力、聲音或者圖像等,需要轉(zhuǎn)換成更容易儲存、處理和發(fā)射的數(shù)字形式。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)這個功能,在各種不同的產(chǎn)品中都可以找到它的身影。
另外還要考慮到,在轉(zhuǎn)換期間,ADC會通過10kΩ電阻消耗電流,造成壓降。雖然Microchip公司并未在自己的文檔中給出這個壓降的特性,但通過對多款器件80mV壓降的測試,得到了一個6.67μA的計算電流值。采用傳統(tǒng)的內(nèi)部4MHz時鐘,并將ADC振蕩時鐘頻率除以16,用于工作電壓的運行,變換要用45μs.這個動作略微消耗了電容電量,但這種消耗大約只有2mV或3mV.用初始瓦秒減去用掉的瓦秒,就得到了較低的值。從初始穩(wěn)態(tài)的1.225V減去這些固定、可重復(fù)的損耗,就得到了一個新的基準(zhǔn)電壓,即1.225VREF–0.02V關(guān)機壓降–0.080 IR降=1.145V.
用75μs做模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲數(shù)值,并在另外一個通道設(shè)置下一個轉(zhuǎn)換,11次轉(zhuǎn)換就可以得到低至22.5mV的一個基準(zhǔn)電壓,即:10×75μs×(60mV/2000μs)。與次轉(zhuǎn)換的結(jié)果相比,誤差只有1.9%.
LED(Light-Emitting-Diode中文意思為發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體,它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理,而采用電場發(fā)光。據(jù)分析,LED的特點非常明顯,壽命長、光效高、無輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段,其發(fā)光效率可超過150lm/W(2010年)。
如果你只需要為某種消費產(chǎn)品提供一個適當(dāng)?shù)碾妷海绲碗姵仉妷壕妫瑒t可以用一支LED,而不必用ZXRE4041.只要將R1的值改為300Ω,就能提供足以點亮LED的電流。雖然LED沒有專用電壓基準(zhǔn)芯片的溫度穩(wěn)定性,但對應(yīng)用來說這種變動是能夠接受的,因為大多數(shù)消費產(chǎn)品的使用都在人類的舒適范圍內(nèi)。如果LED已是系統(tǒng)中的一個組成部分,則電壓基準(zhǔn)的成本就只剩下軟件了。采用這種技巧,現(xiàn)在可以用LED提供狀態(tài)指示燈、光電探測器和電壓基準(zhǔn)功能,只需要用軟件重新配置變動,就可以進入一種零功率狀態(tài)。
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