在之前分析过一期电阻偏置网络采集正负压的思路(有一定的缺点,例如输入阻抗低,对被测信号源有要求)。下图为之前分析的正负电压采样的电路,感兴趣可以点击跳转。
那么本期分享另一种思路。本期分享的电路是M5 Stack的VMeter的电压采样的电路方案,整体采集方案采取了一个隔离浮地的思路,下面是产品的照片:
然后下图是产品的特性,可以看到量程为±36V,分辨率在16V以下为1mV,16V以上为7.9mV,精度为满量程的1%,内含校准存储器,隔离采样。(关于这部分的分辨率感觉比较疑惑,感觉和ADC那边不是很对应的上,不知道用的是哪档的PGA)
首先是电源,选择为金升阳的隔离电源模块B0505ST16-W5,集成度也非常的高,不需要外置电感(滤波的话需要),不过价格也是蛮贵的,看起来也要十来块钱一片。
然后通过上图中的系统框图可以看到,采样芯片采用的是德州仪器的ADS1115,一款很经典的16bit的ADC芯片。可以支持四通道单端采样或两通道差分采样。可编程8SPS 至 860SPS采样率,内置基准源。
然后通过采样电阻11k和680k可以计算出,当±36V输入时实际在11k上的分压为±0.573V(按照官方给的分辨率计算选的是4.096V档位的PGA?不清楚是不是选这个档位的PGA),±16V时对应为±0.254V(对应PGA选择为±0.256V的档位),下图为ADS1115的内置PGA档位选择图。
然后隔离通讯模块选择的是川土微的CA-IS3020S的一款IIC的数字隔离器(因为ADS1115是IIC通讯),价格的话,大概2~3块钱/pcs。
整个电路采用了一个隔离浮地的采集思路,通过TL431输出的2.5V的电压作为偏置电压,由于采样测是浮地的,所以就可以将±36V的采样电压转化为ADC可采集的电压范围。例如+36V时,由于采样测是浮地,所以可以轻松的处理这个采样电压。最终只需要将11K两端的差分电压进行转化即可计算被采集的电压。
然后在小板上有一颗2kbit的EEPROM作为校准数据的存储,型号为24c02(经常有人问我公众号名字24c01是什么意思,现在知道了吧,其实就是一颗eeprom的型号,一颗1kbit的存储芯片)
然后一颗南京微盟的LDO作为降压给EEPROM和隔离通讯芯片供电,型号为ME6206。再次提醒,使用LDO的时候需要格外注意这个最小压降的参数。然后ME6206的价格大概为一毛钱,很便宜的芯片。
总结:
挺好的设计思路,分享给大家。M5 Stack这种模块化的设计,以及模块化的编程也很适合作为一些初学者的兴趣学习,设计的还是很不错的。另外感谢各位总工的阅读点赞与分享,谢谢。