Estoy diseñando una aplicación alimentada por batería en forma de sensor con un ADC sigma-delta integrado de alta precisión (20 a 24 bits) que mide un par de celdas de carga en un puente de Wheatstone. Mi pregunta trata sobre cómo alimentar correctamente un dispositivo de este tipo para cumplir con los requisitos de bajo ruido del ADC y con una batería de larga duración para el producto en general.
Tengo la intención de suministrar al sensor dos baterías alcalinas de una sola celda conectadas en serie, por ejemplo, 2 baterías AA que proporcionen un voltaje nominal de 3V. Al observar la curva de descarga de una batería alcalina AA típica, puedo ver que el voltaje de la celda oscila entre 0,8 V (descarga) y 1,5 V (nominal). En otras palabras, terminaré con una tensión de alimentación de 2 x 0,8 V = 1,6 V cuando haya utilizado la capacidad total.
El ADC que pretendo usar tiene un requisito de suministro analógico de MIN 2.7V a MAX 3.6V. Por lo tanto, para aprovechar al máximo la capacidad de la batería, necesitaré usar algún tipo de circuito de administración de energía que pueda aumentar el voltaje de la batería (VBAT: 1,6 V - 3 V) a 3 V - 3,3 V estables. Para ello he estado mirando la posibilidad de utilizar un regulador elevador DC/DC. El principal problema que veo con un dispositivo de este tipo es la gran ondulación que produce en el voltaje de salida regulado que podría comprometer la precisión del ADC.
Entonces, el dilema al que me enfrento es que me gustaría tener la mayor duración posible de la batería y, al mismo tiempo, evitar comprometer la precisión del ADC. No tengo ninguna experiencia previa en el uso de reguladores de tipo de conmutación. ¿Qué tipo de administración de energía recomendaría para mi aplicación específica? ¿Hay una buena práctica?
Algunos detalles:
Mirando hacia adelante a escuchar sus sugerencias.
No mencionó ningún requisito actual para su dispositivo ni los rangos de voltaje generales para el equilibrio de su circuito. Es posible que desee actualizar su pregunta con esta información para que las respuestas reflejen una perspectiva más completa.
El ADC tendrá una referencia de voltaje interno que mitigará los problemas básicos de ondulación siempre que el suministro del riel esté por encima de su VIN mínimo . Me preocuparía mucho más que el ruido del conmutador entre en la parte frontal analógica del ADC, en particular con el rango dinámico de ~120 dB con el que está trabajando.
Si bien los problemas de ruido del conmutador no son insuperables, preferiría un diseño con una química/recuento de celdas que elimine la necesidad de un conmutador. Los ejemplos serían una celda LiPo recargable, celdas de litio primarias de 3,6 voltios o celdas alcalinas de 1,5 voltios tipo 3 'N'. Estos, combinados con una gestión juiciosa de la energía de los LPO, si es necesario, proporcionarían un dispositivo eléctricamente silencioso.
Puede encender y apagar periódicamente su convertidor elevador. Encender para cargar un condensador de búfer grande, apagar para medir. Se recomienda insertar un LDO de bajo ruido.
Tendrás muchos circuitos. Para evitar el acoplamiento magnético, necesita bucles de área cero y una orientación y/o blindaje precisos de 90 grados. No se producirán bucles de área cero; a continuación se muestra el resultado con bucles de 4 cm por 1 cm.
Examinemos el ruido de fondo de los campos magnéticos que se acoplan desde ese conmutador al ADC/circuitos de entrada.
Suponga que el conmutador genera [0,1 amperios en 10 nanosegundos] transitorios.
Suponga que el conmutador está a 4 cm del ADC/entrada.
Suponga que el ADC/entrada tiene un área vulnerable (traza + pensamiento GND descuidado) de 4 cm por 1 cm.
¿Cuál es el voltaje inducido?
Use Vinduce = [MU0 * MUr * Área / (2 * pi * Distancia) ]* dI/dT
Vinduce = 2e-7Henry/metro * Área/Distancia * dI/dT
Vinduce = (2e-7Henry/metro * 4cm * 1cm /4cm) * 1metro/100cm * dI/dT
Vinduce = 2e-7 * 1e-2 * 10^+7 amperios/segundo = 2e-9 * 1e+7 = 0,02 voltios
Vinduce = 20.000 microvoltios
la topología es: cable recto largo con 0,1 amperios en 10 nanosegundos
situado
4cm de
ADC/entrada con área de bucle vulnerable de 4 cm por 1 cm
sin blindaje; necesitas 86dB de blindaje
Por cierto, los ADC con generación de referencia interna no especifican su rechazo de alta frecuencia de la basura VDD.
Para ello he estado mirando la posibilidad de utilizar un regulador elevador DC/DC.
en caso de que lo hayas olvidado, echa un vistazo a la estructura pin gpio y verás lo similar que es a un controlador de medio puente, :)
como tal, otras dos formas de abordar esto:
1) convertir un pin gpio en un convertidor boost;
2) dado que el consumo de corriente es bastante bajo, use una bomba de carga; puede construir una convirtiendo un pin gpio en un generador de onda cuadrada.
el ripple se puede gestionar a través de un periférico comparador o un periférico adc, o parametricalizando la referencia adc si lo permite.
abaldur
Glenn W9IQ