贸泽电子原创开发板大赛【三等奖作品】|谁是低功耗设备评估工具的性价比之王?

贸泽电子原创开发板大赛在日前终于圆满落幕啦!

大赛秉持着“寻找懂用户、有灵魂的开发板”这一初衷,聚集了国内顶尖电子工程师们,历时数月的激烈竞逐,终于在专业评委团的层层评估(由来自贸泽电子、亚德诺半导体、美信半导体、微芯科技、安森美半导体、罗姆半导体、德州仪器等国际知名厂商的专家组成),7组幸运的获奖选手最终摘取桂冠!

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从今天开始,小编将分几期时间带大家来领略我们大赛产生的优秀作品,他们分别创作了什么项目,又有哪些哪些亮点呢?

第一个登场的是三等奖作品《高精度低功耗设备评估工具》,作者邹阳彦想要制作一个符合物联网浪潮下的小型化便携化的功耗测试设备,以满足业界对各种电池供电设备产生的需求,同时也满足对微控制器和其他系统级器件的能源效率的测试和评估。更为重要的一点是降低成本,摆脱进口仪表设备高昂的费用,帮助解决小型企业和学生党的烦恼。

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1. 硬件设计

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硬件框图

这板卡核心器件为ADI 18bit SAR ADC AD4011,配合AD8605前置放大,实现对电流信号的采样,ADC4011是单通道高速差分SAR ADC,有效数据18位,参考电压范围1.71-5.5V,2.5V参考电压的条件下最小分辨率9.53uV,最高速度500kS/s,适用于绝大多数的应用,下图为1.5V干电池的测试:

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Microchip MCP2221+光耦实现和PC端的隔离通信;MCP2221是USB到UART / I2C串行转换器,可在具有UART和I2C接口的应用中实现USB连接。该器件通过集成USB终端电阻和USB操作所需的振荡器来减少外部组件。MCP2221还具有四个GP引脚,提供其他功能(GPIO,USBCFG,SSPND,时钟输出,ADC,DAC,中断检测器)。

TMP1075作为温度监视器,实时检测主板的温度,TMP1075可在较宽的工作温度范围内实现±1°C的精度,它还具有一个可提供0.0625°C温度分辨率的片上12位模数转换器(ADC)。TMP1075兼容两线制SMBus接口和I2C接口,支持高达32个器件地址并提供SMBus复位和警报功能。

2.开发环境和上电测试

原理图和PCB设计使用的是Altium Designer 20.0,固件开发使用MDK5,上位机软件开发使用的是Qt5。

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测试过程

1.连接好DC电源和USB数据线,板上的绿色电源指示灯亮起,红色信号指示灯闪烁。

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2.打开Power-x上位机软件,选择串口并打开;设置输出电压,并打开。

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3.调节标度,使电流显示在合适的查看范围:

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4.设置统计时长,并开始,计时结束后查看电流曲线和功耗统计。

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3.总结

ADC可以说是电子设计中最为常用的器件之一了,是沟通模拟世界与数字世界的桥梁,这也造成了ADC用法的和选型的多样性。本文将ADC应用在测量领域,结合上位机软件实现数据的可视化,以低成本的方案为工程师和学生提供低功耗测量解决方案。

当然,由于时间限制,该设计在构思和实现上还存在诸多问题,ADC4011的特性完全可以实现更多的功能,电源动态性能检测,电池的放电特性检测,横流电子负载等等,这些功能也是接下来要去探究和实现的。

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