Téma. A/D převodníky a měření energie D/A převodníky Měření proudu Měření teploty

Transkript

1 Téma A/D převodníky a měření energie D/A převodníky Měření proudu Měření teploty

2 A/D převodníky Aproximační: Základní - jako v MCU S postupnou komparací Rychlé - Delta-sigma: vz/s Nízkopříkonové (proud pod 200µA) Pro měření příkonu (až vz/s)

3 A/D převodníky Nízkopříkové a aproximační Aproximační A/D 13-bit MCP3301/2/4 100 ksps, diff input 12-bit MCP ksps, I 2 C, SOT-23 MCP3201/2/4/8 100 ksps, SPI 10-bit MCP ksps, I 2 C, SOT-23 MCP3001/2/4/8 200 ksps, SPI Delta-Sigma A/D MCP bit, 13 sps, 50 or 60 Hz rejection MCP bit, 15 sps, 50 & 60 Hz rejection MCP bit, 60 sps MCP bit, SOT23, I 2 C MCP3422/3/4 18-bit, 2/4-ch I 2 C MCP bit, SOT23, I 2 C MCP3426/7/8 16-bit, 2/4-ch I 2 C 3

4 A/D převodníky vhodné i pro elektroměry Měřič příkonu A/D i pro elektroměry MCP39F501 1 fáze, U, I, P, cos φ MCP Ch, SPI, 2 Wire MCP Ch 16/24-bit, VA=5V Novinky 1. generace 2. generace MCP Ch, SPI, 2 Wire MCP Ch, SPI MCP Ch, SPI, 2 Wire MCP Ch 16/24-bit, VA=3V MCP Ch 16/24-bit, VA=5V MCP Ch 16/24-bit VA=3V MCP Ch 16/24-bit VA=3V

5 A/D převodníky Rychlé Rychlé 200M vz/s MCP bit MCP bit MCP37D bit, DDC a další MCP37D bit, DDC a další 8 vstupů, rychlost převodu na kanál 200Mvzs -1 /(počet použitých vstupů) Nastavitelné digitální zpracování naměřeného signálu decimační FIR filtr, digital down-conversion (DDC), fractional delay recovery (FDR), continuous CW beamforming, zesílení a stejnosměrný posun Příkon maximálně 0,5W Orientační cena při 5 000ks MCP ($84) Pouzdro VTLA-124 (9 mm x 9 mm x 0.9 mm)

6 A/D převodníky Rychlé

7 MCP bitový SAR A/D převodník Vlastnosti Napájení 2.7V až 5.5V ±1 LSB DNL, ±1 LSB INL (max.) Max. proud při převodu 250μA Standby proud 5nA (typ.), 1μA (max.) Rozhraní I 2 C 100 khz Standard Mode 400 khz Fast Mode 22.3 ksps ve Fast Mode Až 8 zařízení na jedné dvou vodičové sběrnici Rozšířený rozsah teplot -40 C to +125 C Pouzdro SOT

8 MCP bitový delta-sigma A/D Vlastnosti Převod jednoho vzorku nebo pokračující Spotřeba 145μA (typ.), V DD = 3V, pokračující 39μA (typ.), V DD = 3V, jedno měření Programovatelná rychlost vzorkování: 3.75 sps (18 bits), 15 sps (16 bits), 60 sps (14 bits), 240 sps (12 bits) INL: 10ppm z rozsahu (FSR = 4.096V/PGA) Interní kalibrace offsetu a zesílení pro každý převod Differenciální vstup Rozhraní I 2 C rychlosti Standard, Fast a High Speed Napájení 2.7V to 5.5V Rozsah teplot -40 C to 125 C Pouzdro SOT

9 MCP3550/1/3 nízkospotřebový 22 bit. A/D Vlastnosti Velmi malá spotřeba (MCP3550/1): 100μA (typ.) (V DD = 2,7V) 120μA (typ.) (V DD = 5,0V) Malý vstupní šum 2.5μV RMS Efektivní rozlišení 21,9 bitů (MCP3550/1) Napěťový offset: 3μV (typ.) Celková nekompenzovaná chyba <10ppm Rychlost převodu MCP3550/1: 15sps MCP3553: 60sps Potlačení rušení 50/60Hz (MCP3550/1) Diferenciální vstup s rozsahem ±V REF Povolený rozsah V REF 0,1V až V DD Napájecí napětí od 2,7V do 5,5V Pouzdro MSOP-8 Teplotní rozsah: -40 C to +125 C

10 A/D pro měření příkonu Počet Označení Měření A/D MCP or 3-Φ (shunt), SPI/2-wire mode MCP or 3-Φ (shunt), SPI/2-wire mode MCP Φ, smaller feature set MCP Φ+Neutral, SPI/2-wire mode MCP Split-Phase (1-Φ 3-wire) MCP Φ (CT, Rogowski Coil) MCP Φ+Neutral (CT, Rogowski Coil) *MCP Φ (CT, Rogowski Coil) *MCP Φ (CT, Rogowski Coil)

11 MCP3911 3V dvoukanálový A/D Vlastnosti Rozlišení 16 nebo 24 bitů 94,5 db SINAD, -106,2 db THD (až do 35. harmonické), 111 db SFDR Rychlost vzorkování až 125 ksps Spotřeba ve vypnutém módu <2 μa Přeslech mezi kanály -122 db Teplotní stabilita interní napěťové reference 7 ppm/ C PGA se zesílením 1 až 32 pro každý kanál Rozhraní 20 MHz SPI Nezávislé napájení analogové a digitální části 2,7V 3,6V AV DD, 2,7V 3,6V DV DD Pouzdro SSOP-20 (kompatibilní s MCP3901), QFN-20 Rozsah teplot -40 C to +125 C AV DD CH0+ CH1+ CH0- CH1- AGND PGA V REF + V REF - PGA OSC2 Clock / Phase Correction OSC1/CLKI 1.2V V REF Modulator Output SINC 3 Filter SINC 3 Filter MDAT0 MDAT1 SPI Serial Interface DV DD DGND CS SCK SDO SDI DR RESET

12 Vlastnosti Rozlišení 24 bitů 93,5 db SINAD, -107 db THD (až do 35. harmonické), 112 db SFDR Rychlost vzorkování až 125 ksps Přeslech mezi kanály -122 db Teplotní stabilita interní napěťové reference 9 ppm/ C PGA se zesílením 1 až 32 Rozhraní 20 MHz SPI 10MHz dvouvodičové, pro snadné galvanické oddělění, hodiny musí být stabilní Nezávislé napájení analogové a digitální části 2,7V 3,6V AV DD, 2,7V 3,6V DV DD Pouzdro SSOP-20, QFN-20 Rozsah teplot -45 C to +125 C MCP3918 3V jednokanálový A/D

13 MCP3910/8/9 Dvouvodičové připojení L N MCP391x Clock in SDI SDO CS isolation isolation MCU SPI 4 izolátory L N MCP391x Clock in Data out isolation MCU Dvouvodičové 2 izolátory Výhody SPI Asynchronní komunikace vůči měření Možnost měnit nastavení převodníku např. kalibrace Pro komunikaci s více převodníky stačí jeden SPI kanál na MCU Výhody dvouvodičového připojení Synchronní komunikace vůči měření Menší potřeba galvanických izolátorů Nelze omylem softwarově změnit nastavení

14 MCP39F501 Měřič příkonu Chyba 0,1% v celém dynamickém rozsahu 4000:1 Interní oscilátor, minimální počet okolních součástek Hlídání nastavitelných mezí Vestavěné výpočty 4 nastavitelné digitální vstupy/výstupy (DIO) Protokol na rozhraní UART podporuje několik zařízení na sběrnici Rychlé kalibrační rutiny 512 B v interní NV paměti

15 MCP39F501 Měřič příkonu 10 možných událostí Nadproud Přepětí Podpětí Vysoká spotřeba Vysoký kmitočet Nízký kmitočet Vysoká teplota Nízká teplota Krátkodobý pokles (výpadek) napětí Krátkodobé přepětí 3 způsoby oznámení Registr s příznaky událostí Výstupní pin kritické události Výstupní pin události Měřené parametry Výkon činný, zdánlivý a jalový Efektivní hodnota proudu a napětí Frekvence sítě Účiník

17 D/A x D. Pot x PWM Rozdíly - úvod Digitálně-analogové převodníky (DAC) Převede číslo na napěťovou úroveň Digitální potenciometry (DP) Převede číslo na pozici jezdce potenciometru Potenciometr = Poměr napětí mezi konci A a B Reostat = Absolutní hodnota elektrického odporu Pulsně šířková modulace (PWM) Převede hodnotu na střídu obdélníkového průběhu PWM se převede na napěťovou úroveň RC členem Vlastnosti jsou závislé: Základním kmitočtu PWM Hodnotách R a C ve filtračním členu Zpracováno z podkladů od Thierry RIFFLART

18 D/A x D. Pot x PWM Kdy obvykle používáme D/A Řídící smyčky analogově-digitálních systémů Kalibrace a adjustace Ladění analogových obvodů Programovatelná napěťová reference Generování audio signálu Generování obecného průběhu Digitální potenciometry Řídící smyčky analogově-digitálních systémů Kalibrace a adjustace Ladění analogových obvodů Programovatelná napěťová reference Programovatelná hodnota el. Odporu Programovatelný proudový omezovač Náhrada mechanického potenciometru PWM Kalibrace a adjustace Ladění analogových obvodů Programovatelná napěťová reference Řízení krokových motorů

19 D/A x D. Pot x PWM Odezvy D/A Ze střední na maximální hodnotu Z maximální na minimální hodnotu Čas ~= 3,85μs Proč jsou časy rozdílné? Protože výstupní zesilovač má omezenou rychlost přeběhu. Čas ~= 6,98μs

20 D/A x D. Pot x PWM Odezvy DP Ze střední na maximální hodnotu Z 75% na 25% Čas ~= 36ns Proč jsou časy rozdílné? Protože se liší parazitické RC konstanty pro každou hodnotu jezdce. Čas ~= 229ns

21 D/A x D. Pot x PWM Odezvy PWM Ze střední na maximální hodnotu Z střední na maximální hodnotu R = 25.5k, C = 47nF Rychlost ovlivňuje velikost RC členu Větší RC - pomalejší, ale stabilnější hodnota R = 25.5k, C = 470nF

22 D/A x D. Pot x PWM Princip D/A V DD Digitální potenciometr nastaví výstupní hodnotu V REF Digital Interface (SPI, I 2 C, ) Resistive String Control Logic & Memory Op Amp V OUT Může být doplněn o kondenzátory Někdy je doplněn o paměť hodnoty Výstupní zesilovač slouží k impedančnímu oddělení Některé mají nastavitelné zesílení Rozlišení je od V REF do V SS V SS V REF je někdy propojena s napájecím napětím Některé obsahují interní zdroj V REF

23 D/A x D. Pot x PWM Princip digitálního p. A Gate R S R S R W V GSN V RL(WREG) C P V GSP N P W R S R W W Připojení výstupu k odporovému děliči určuje napětí (V W ) R S R S Každý spínač (jezdec, wiper) má vlastní parazický odpor a kapacitu závislé na V RL, teplotě a V DD Výstup je jen v mezích od V A do V B R S B Hodnoty napětí V A, V B, a V W mohou být pouze většinou V DD a V SS

24 D/A x D. Pot x PWM Porovnání Output DAC Digital Pot PWM Napěťový rozsah V REF ~ V SS V B ~ V A V DD ~ V SS Rychlost Průměrná Rychlá Pomalá Zatížitelnost Ano Ne Ne Paměť Možná Možná Není obvyklá Odezva na POR/BOR Rychlá Rychlá Pomalá Rozlišení 8 ~ 12 bitů 6 ~ 8 bitů Dle potřeby Cena $$$ $$ $

25 D/A x D. Pot x PWM Vhodné použití PWM obvykle nejlevnější Jestliže jej máme v MCU k dispozici Nepotřebujeme jej v samostatném zařízení Náročnější na návrh Větší výstupní zvlnění Nelze proudově zatížit Digitální potenciometr rychlá změna hodnoty Rozsah je dán vstupními napětími V A a V B Zvlnění je dáno pouze vstupním napětím Nelze proudově zatížit D/A převodník velké rozlišení Lze proudově zatížit Velké rozlišení Stabilní výstupní napětí v závislosti V REF a nebo V DD

26 MCP47x6 Nízkospotřebový D/A s I2C Rozlišení 6, 8, 10 nebo 12 bitů Rail-to-Rail výstup Nastavení výstupu 6μs Volitelný vstup referenčního napětí pin V REF nebo V DD Výstupní zesilovač s volitelným zesílením 1 nebo 2 Automatické ukládání nastavení Malá spotřeba při běhu 210μA, vypnuté 60nA Vyrábí se s osmi přednastavenými adresami Podporuje přenosové rychlosti 100kbps, 400kbps a 3,4Mbps Rozsah pracovních teplot je -40 C až +125 C 26

27 MCP48xx/49xx D/A s SPI Rozlišení 8, 10 nebo 12 bitů Rail-to-Rail výstup Nastavení výstupu 4,5μs Vstup referenčního napětí (49xx) pin V REF nebo (48xx) interní MCP4xx1 jeden D/A, MCP4xx2 dva D/A Volitelné zesílení výstupního zesilovače 1 nebo 2 Po startu výstup ve stavu vysoké impedance Podporuje přenosové rychlosti 20Mbps Rozsah pracovních teplot je -40 C až +125 C 27

28 6bitové D/A MCP47A1, MCP47DA1 Vlastnosti Nejlevnější typ Rozlišení 6 bitů, 65 pozic jezce Doba náběhu 6μs Rail-to-Rail výstup MCP47DA1 Externí vstup V REF Rozsah výstupního napětí: MCP47A1 0V až V REF MCP47DA1 1/3 V REF až 2/3 V REF Po zapnutí se nastaví jezdec do střední polohy Napájecí napětí od 1,8V do 5,5V Rozhraní I 2 C, SMBus kompatibilní Pouzdro SC70-6, SOT23-6 Rozšířený rozsah pracovních teplot: -40 C to +125 C

29 MCP48xx/49xx D/A s SPI Rozlišení 8, 10 nebo 12 bitů Rail-to-Rail výstup Nastavení výstupu 4,5μs Vstup referenčního napětí (49xx) pin V REF nebo (48xx) interní MCP4xx1 jeden D/A, MCP4xx2 dva D/A Volitelné zesílení výstupního zesilovače 1 nebo 2 Po startu výstup ve stavu vysoké impedance Podporuje přenosové rychlosti 20Mbps Rozsah pracovních teplot je -40 C až +125 C 29

30 MCP40(D)17/18/19 Levný DP s I 2 C rozhraním Vlastnosti 7 bitový, 127 resistorů (128 kroků) R AB - velikost odporu: 5kΩ, 10kΩ, 50kΩ nebo 100kΩ Odpor jezdce 100Ω (typ.) Teplotní koeficient: - Absolutní 50ppm (typ.) (0 C to 70 C) - Poměrový 10ppm (typ.) I 2 C Verze 40D1X kompatibilní se SMBus Verze 401X zjednodušený protokol Počáteční umístění jezdce ve středu dráhy Vlastní spotřeba bez komunikace 2,5μA Šířka přenášeného pásma (-3dB) - 2MHz (typ.) pro 5,0kΩ Rozsah pracovních teplot: -40 C to +125 C Malé pouzdro SC70

31 MCP413X/5X/23X/5X 1x a 2x DP s SPI Vlastnosti Rozlišení rezistorové sítě 7bitů resistorů (129 kroků) MCP4x3x 8-bit resistorů (257 kroků) MCP4x5x R AB - velikost odporu: 5kΩ, 10kΩ, 50kΩ, 100kΩ Malý teplotní koeficient (Tempco): Absolutní: 50ppm (typ.) od 0 C do 70 C Poměrový: 15ppm (typ.) Tolerantní digitální vstupy do 12,5V Pracovní napájecí napětí: 2,7V do 5,5V Definované vlastnosti 1,8V do 5,5V Pracovní napětí Šířka přenosového pásma (-3dB): 2MHz (typ.) pro 5.0kΩ Rozsah pracovních teplot: -40 C to +125 C a = počet DP MCP4abc-rE/p 3 7bit bez EEPROM 4 7bit s EEPROM 5 8bit bez EEPROM 6 8bit s EEPROM r = velikost odporu R AB p kód pouzdra 1 potenciometr 2 proměnný odpor

32 D. potenciometr pro 36V MCP45HV31(51) Vlastnosti Rozlišení 7(8) bitů, 128 (256) pozic jezce Doba nastavení 1μs (5kΩ) 5μs (100kΩ) Vyráběné hodnoty odporů: 5kΩ, 10kΩ, 50kΩ, 100kΩ Po zapnutí se nastaví jezdec do střední polohy Napájecí napětí: Digitální části od 1,8V do 5,5V Analogové části až 36V (od -30 do +36V) Rozhraní I 2 C Pouzdro TSSOP-14 a 20-QFN 5x5 Rozšířený rozsah pracovních teplot: -40 C to +125 C MCP41HV31(51) Rozhraní SPI

34 Měření ss. proudu Měření stejnosměrného proudu/příkonu a teploty Měření stejnosměrného proudu/příkonu Převodník proudu na napětí EMC1701 Current/DC Power w/ambient Temp EMC1702 Current/DC Power w/ambient Temp & 1 Temperature Remote EMC1704 Current/DC Power w/ambient Temp & 3 Temperature Remotes PAC1710 Single High Side Sensor for Current/DC Power Measurement PAC1720 Dual High Side Sensor for Current/DC Power Measurement HV7800 HV7801 HV7802 Více v přednášce Supertex

35 Vlastnosti Napájení 3V až 24V Měření napájecího napětí Rozsah od 3V do 23,9883V Celková chyba max. 0,5% Měření proudu na bočníku Volitelný rozsah 10, 20, 40, 80mV Přesnost max. 1% (80mV) Detektor proudové špičky pouze u EMC Měření interní teploty ±1 C (max), pro -5 C až +85 C ±2 C (max), pro -40 C až +85 C rozlišení 0,125 C Sběrnice SMBus Pouzdra QFN, MSOP-10 EMC1701

36 EMC1702/4 Vlastnosti Napájení 3V až 24V Měření napájecího napětí Rozsah od 3V do 23,9883V Celková chyba max. 0,5% Měření proudu na bočníku Volitelný rozsah 10, 20, 40, 80mV Přesnost max. 1% (80mV) Detektor proudové špičky pouze u EMC Měření interní teploty ±1 C (max), pro -5 C až +85 C ±2 C (max), pro -40 C až +85 C rozlišení 0,125 C Sběrnice SMBus Pouzdra QFN, MSOP-10 Měření teploty na externím čidle EMC čidlo EMC čidla

37 Vlastnosti Napájení 3V až 5,5V Měření napětí Rozsah od 0V do 40V Celková chyba max. 0,3% Měření proudu na bočníku Volitelný rozsah 10, 20, 40, 80mV Přesnost max. 0,4% (80mV) Kontrola mezí proudu a napětí Při překročení mezí - /ALERT Sběrnice SMBus 2.0 Pouzdra QFN, MSOP-10 PAC1710/20

38 PAC1710/20

40 Přehled obvodů SMBus/I 2 C Sériový výstup SPI Logický výstup TC6501/2/3/4 TC620/1/2/3/4 MCP9501/2/3/4 MCP9509/10 Napěťový výstup TC1046 TC1047/47A MCP9700/1/A Vzdálené měření s hlášením EMC1412/3/4 2-4ch, Alert/Therm EMC1422/3/4 2-4ch, Alert/Shdn EMC1182/3/4 2-4ch, 1.8V Comm EMC1186/7/8 2-4 ch, 1.8V Comm EMC ch, Alert/Shdn Senzor v pouzdře s hlášením TC74 TCN75A MCP9800/1/2/3 MCP9804 MCP9805 MCP9808 MCP9843 MCP9844 EMC1001 TC72 TC77 S EEPROM MCP98243 w/eeprom for SPD MCP98244 w/eeprom for SPD Multi-Temp Polling EMC1043/53/63 3 channel EMC1046/7 6/7 channel

41 MCP9700/1(A) S analogovým výstupem Vlastnosti Napájení 2,3V až 5,5V MCP9700(A) 3,1V až 5,5V MCP9701(A) Přesnost ±2 C (max), pro 0 C- +70 C MCP970xA ±4 C (max), pro 0 C- +70 C MCP970x Závislost napětí na teplotě 10,0mV/ C MCP9700(A) 19,5mV/ C MCP9701(A) Měřící rozsah -40 C až +125 C Spotřeba 6µA (typ.) Pouzdra SC-70, SOT-23, TO-92

42 EMC118x Měření teploty pro elektroniku Vlastnosti Napájecí napětí 3,0V až 3,6V Sběrnice I 2 C/SMBus na 1,8V Interní senzor 1 až 3 externí PN přechody pro snímání teploty vytvořené technologií 65nm a menší Programovatelný výstup Alert Určen pro monitorování teplot integrovaných obvodů na procesorové/základní desce Pouzdra TDFN-8, DFN-10 apod. EMC14xx pinově kompatibilní 3,3V sběrnice Podpora přechodů 45,65 a 90nm Pouzdro MSOP

43 MCP9808 Přesný teploměr s I 2 C Přesnost: ±0,25 C (typ.) v rozsahu -40 C až +125 C ±0,5 C (max.) v rozsahu -20 C až +100 C ±1 C (max.) v rozsahu -40 C až +125 C Volitelné rozlišení naměřené hodnoty: 0,5 C, 0,25 C, 0,125 C, 0,0625 C Nastavitelné teplotní meze: Meze teplotního okna Mez kritické teploty Pracovní napětí: 2,7V do 5,5V Pracovní proud: 200 μa (typ.) Odběr ve vypnutém stavu: 0.1 μa (typ.) Rozhraní: I 2 C/SMBus kompatibilní Pouzdro: 2x3 DFN-8, MSOP-8 Nejlevnější obdobné čidlo - EMC1001

44 EMC1001 Nejlevnější I 2 C teploměr Přesnost: ±1,5 C (max.) v rozsahu 40 C až +80 C ±3 C (max.) v rozsahu -25 C až +125 C Nastavitelné teplotní meze: Meze teplotního okna výstup THERM Mez kritické teploty výstup ALERT Pracovní napětí: 3,0V do 3,6V Pracovní proud: 36 až 326 μa (typ.) závisí na četnosti měření Odběr ve vypnutém stavu: 4,7 μa (typ.) Rozhraní: I 2 C/SMBus kompatibilní Volitelná adresa pomocí externího odporu Pouzdro: SOT23-6

45 MCP9844 I 2 C teploměr pro malé napětí Vlastnosti Rozsah napájecího napětí: 1,7V až 3,6V Spotřeba při měření 100 μa Sběrnice I 2 C do 1MHz Programovatelný výstup EVENT Přesnost měření ±0.2 C/±1 C (typ./max.) +75 C až +95 C ±0.5 C/±2 C (typ./max.) +40 C až +125 C ±1 C/±3 C (typ./max.) -40 C až +125 C Pouzdro 2x3mm TDFN-8

46 EMC10x3 I 2 C/SMBus teploměr Vlastnosti Rozsah napájecího napětí: 3,0V až 3,6V Rozsah měřených teplot externím snímačem -64 C to 192 C 2N3906 nebo 2N3904 Speciální režim, při kterém se na stejné místo ukládá vyšší teplota z externích čidel

47 Konec Děkuji za pozornost 47