MAX11300 (PIXI). Схема измерения тока

15 ноября

системы безопасностиуправление питаниемавтоматизациялабораторные приборыMaxim Integratedстатьяинтегральные микросхемысредства разработки и материалы

Руководство знакомит разработчиков с широким спектром решений на базе программируемых ИС смешанного сигнала MAX11300 PIXI™ производства Maxim Integrated. Рассматриваются идеи по использованию каждого функционального блока, входящего в состав PIXI, приводится подробный алгоритм их настройки и тестирования. Описаны также конкретные приложения, использующие  MAX11300.

С помощью двух АЦП (или одного АЦП, работающего в дифференциальном режиме) и дополнительного ЦАП можно организовать схему измерения тока. В качестве примера будем измерять ток на выходе одного из каналов ЦАП. Для этого нам потребуется всего лишь несколько внешних резисторов и некоторые простые вычисления.

Схема измерения тока представлена на рисунке 24. Резисторы R1…R4 и ЦАП необходимы, чтобы вне зависимости от направления тока в нагрузке обеспечить смещение сигнала в наиболее чувствительный диапазон АЦП.

Рис. 24. Схема измерения тока, использующая встроенные ЦАП и АЦП микросхемы MAX11300

Рис. 24. Схема измерения тока, использующая встроенные ЦАП и АЦП микросхемы MAX11300

Реализация в PIXI

Суть идеи заключается в измерении напряжения на токоизмерительном резисторе Rs с учетом напряжения смещения DAC2, сформированного вторым ЦАП (рисунок 25). Все электрические параметры схемы могут быть измерены опытным путем, в том числе ток погрешности IERROR, поэтому ток в нагрузке IOUT также может быть получен с помощью несложных расчетов. Так как входное сопротивление каналов АЦП составляет около 100 кОм, то сопротивления резисторов R1…R4 следует выбирать на порядок меньше, например, 10 кОм. В реальности сопротивления R1 и R2 будут иметь некоторый разброс, что неизбежно приведет к дополнительной погрешности измерения. То же самое касается и неравенства сопротивлений R3 и R4. Большое влияние на точность измерений оказывает погрешность сопротивления токоизмерительного резистора RS.

Рис. 25. Схема измерения тока с указанием точных сопротивлений резисторов

Рис. 25. Схема измерения тока с указанием точных сопротивлений резисторов

В программе MAX11300 Configuration Software соберите схему согласно рисунку 25. Сохраните конфигурацию в формате .csv.

Оборудование для проведения испытаний

Необходимое оборудование:

  • отладочная плата MAX11300EVKIT;
  • кабель Micro A-B USB;
  • ПК с ОС Windows®;
  • выводной резистор 10 кОм;
  • токоизмерительный резистор 100 Ом;
  • потенциометр 10 кОм;
  • функциональный генератор Keysight 33250A с полосой 80 МГц;
  • источник питания Keysight E3631A;
  • мультиметр Keysight 34401A.

Методика проведения испытаний

Загрузите созданный ранее файл конфигурации (.csv) в программу MAX11300 EV KIT Software. Установите диапазоны напряжений 0…10 В для ЦАП (DAC1 и DAC2) и АЦП. Подключите выводной резистор, токоизмерительный резистор RS, резисторы смещения R1…R4 и потенциометр, который будет выступать в качестве переменной нагрузки (RLD). Измерьте реальные значения сопротивлений. В нашем случае были получены следующие значения: RS = 10,0651 кОм, R1 = 10,06904 кОм, R2 = 10,07873 кОм, R3 = 10,06262 кОм, R4 = 10,01860 кОм. Установите потенциометр в среднее положение. Рассчитайте ток нагрузки с учетом формул 1…4:

$$V_{ADC1}=\frac{V_{DAC1}+V_{DAC2}}{2}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

$$V_{ADC2}=\frac{V_{OUT}+V_{DAC2}}{2}\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

$$I_{S}=\frac{V_{DAC1}-V_{OUT}}{R_{S}}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

$$I_{S}=I_{OUT}+\frac{V_{OUT}-V_{ADC2}}{R_{3}}\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

Тогда из формулы 5 находим ток нагрузки:

$$I_{OUT}=2 \times \frac{V_{ADC1}-V_{ADC2}}{R_{S}}-\frac{V_{ADC2}-V_{DAC2}}{R_{3}}\qquad{\mathrm{(}}{5}{\mathrm{)}}$$

Как уже упоминалось, измерение тока имеет определенную погрешность. Отличия между идеальным расчетным значением и реальным током нагрузки, полученным в данной схеме, представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнение расчетного и реального значений тока нагрузки

DAC1, В DAC2, В ADC1, В ADC2, В IOUT (расчетное значение), мА IOUT_REAL (реальное значение), мА Погрешность, %
5 3,005 3,8013 3,6084 3,79552557 3,92743041 3,35855
5 3,005 3,7988 3,7378 1,14638232 1,13343031 1,142727

Заключение

В пятой части данного цикла была предложена и испытана схема измерения выходного тока ЦАП. Схема состоит из двух АЦП, работающих в дифференциальном режиме, и одного дополнительного ЦАП. Кроме проведения испытания, мы проанализировали различные источники погрешностей измерения. Проведенные испытания подтвердили корректность работы предложенной схемы.

Оригинал статьи

Список ранее опубликованных глав

  1. Многоканальный АЦП
  2. Дифференциальный АЦП
  3. Псевдодифференциальный АЦП
  4. ЦАП и порты с высокой нагрузочной способностью

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

О компании Maxim Integrated

Компания Maxim Integrated является одним из ведущих разработчиков и производителей широкого спектра аналоговых и цифро-аналоговых интегральных систем. Компания была основана в 1983 году в США, в городе Саннивэйл (Sunnyvale), штат Калифорния, инженером Джеком Гиффордом (Jack Gifford) совместно с группой экспертов по созданию микроэлектронных компонентов. На данный момент штаб-квартира компании располагается в г. Сан-Хосе (San Jose) (США, Калифорния), производственные мощности (7 заводов) и ...читать далее

Товары
Наименование
MAX11300EVKIT# (MAX)
MAX11300GCM+ (MAX)
MAX11300GCM+T (MAX)
MAX11300GTL+ (MAX)
MAX11300GTL+T (MAX)