Esta nota de aplicación es una guía de diseño que se centra en los diferentes tipos de aplicaciones que se adaptan bien a la familia de microcontroladores analógicos inteligentes PIC24FJ128GC010. Los diseños de ejemplo en este documento son solo para referencia de punto de partida y no deben usarse para representar un producto terminado. Pocas de las aplicaciones que se muestran en este documento requieren aprobaciones de agencias (FDA, UL, CE, etc.) y estas aplicaciones no se han probado exhaustivamente para cumplir con estas aprobaciones.
La familia PIC24FJ128GC010 combina MCU PIC24 de 16 bits de alta velocidad con periféricos analógicos. Además de bloques digitales como USB y controladores de pantalla de cristal líquido (LCD), el PIC24FJ128GC010 tiene un ADC canalizado de 12 bits y 10 Msps, un ADC sigma-delta de 16 bits, dos amplificadores operacionales y un ADC de dos canales de 10- Convertidor digital a analógico de bits (DAC).
Las siguientes secciones describen la funcionalidad de cada módulo analógico del PIC24FJ128GC010.
Módulo analógico PIC24FJ128GC010
- Convertidor Sigma Delta A/D de 16 bits (SD_ADC) FRM (DS30687)
SD_ADC es un ADC de precisión y alta resolución para señales en el rango de CC a 4 kHz. Este convertidor tiene características inherentes de filtro de paso bajo que lo hacen ideal para fuentes de ancho de banda bajo, como monitoreo de líneas de alimentación de CA, sondas de temperatura, básculas, transductores de presión y mediciones de puentes. Tiene dos canales de entrada enrutados a un PGA (amplificador de ganancia programable) completamente diferencial, lo que simplifica enormemente las mediciones en condiciones de modo común alto y suministro único. En la mayoría de los casos, un filtro de un polo es suficiente para suavizar.
Cuando se usa SD_ADC, la interpolación puede mejorar las mediciones de CA. (1) Hay tres niveles de tramado seleccionables a través del registro de función especial (SFR) SD1CON1. Dither tiene el efecto de expandir el espectro de la señal de entrada. Esto reduce los picos espectrales, mejorando así la SNR general (relación señal-ruido). Agregar ruido de bajo nivel a la señal de entrada cancela los efectos del ruido de cuantificación inherente a todos los ADC (2).
Los ADC sigma-delta tienen grandes errores de compensación y ganancia que deben compensarse. El PIC24FJ128GC010 tiene modos de medición especiales para medir los errores de compensación y ganancia, que el firmware de la MCU utiliza en cálculos simples en línea para producir las lecturas finales del ADC. Consulte la sección Bloques de construcción básicos para obtener un ejemplo de firmware detallado con cálculos de ganancia y compensación.
- Convertidor A/D de tubería de alta velocidad de 12 bits FRM (DS30686)
Los ADC canalizados son ADC de 12 bits muy rápidos capaces de lograr 10 millones de conversiones por segundo. El PIC24FJ128GC010 tiene 50 canales de entrada individuales, que pueden ser paneles táctiles capacitivos o entradas de voltaje estándar.Nivel de ruido alto, las muestras deben promediarse para obtener los mejores resultados
- Amplificador operacional (amplificador operacional) (DS30505)
Hay dos módulos opamp independientes con configuraciones programables de velocidad/potencia. El estado de reinicio de encendido (POR) es una configuración de baja potencia/baja velocidad. Aunque los amplificadores operacionales tienen corrientes de polarización de entrada muy bajas (menos de 10 pA), es posible que el diseño deba compensar el voltaje de compensación de entrada.
- Convertidor D/A de 10 bits (DAC) (DS39615)
El módulo DAC tiene dos salidas de voltaje independientes. Hay varias opciones para seleccionar el voltaje de referencia DAC. Los DAC son muy útiles para la polarización de CC del “extremo frontal” analógico de los amplificadores/filtros del sensor y se pueden usar para la generación de tonos y la reproducción de audio de modulación de código de pulso diferencial adaptable (ADPCM) en productos. Para obtener más información, consulte la Nota de aplicación: AN643, “Modulación de código de pulso diferencial adaptable mediante microcontroladores PIC®”(11).
Otros módulos útiles
Además de los módulos anteriores, el PIC24FJ128GC010 tiene una referencia de voltaje de banda prohibida interna, unidad de medición de tiempo de carga (CTMU) con detección de umbral (DS39743), tres comparadores, controlador LCD y USB OTG.
Tiene cuatro secciones principales de la siguiente manera:
- bloques de construcción básicos
- aplicaciones industriales
- Aplicación de consumidor/aparato
- uso medico
Cada sección tiene varios ejemplos de diseño que muestran diferentes periféricos analógicos. La sección final es Referencias, que contiene referencias y enlaces a información adicional.
bloques de construcción básicos
Los circuitos presentados en esta sección no son productos completos, sino “bloques de construcción” que se utilizan junto con otros circuitos. Realizan tareas específicas pero de uso común que se encuentran en la mayoría de los circuitos de generación y medición “front-end” analógicos.
Tenga en cuenta lo siguiente cuando utilice estas ideas de diseño:
- Es posible que se requieran circuitos adicionales para la protección ESD, el filtrado EMI u otros tipos de interferencia que se encuentran en el producto real.
- No exceda el voltaje de modo común (VCM) de cada módulo. Estos se pueden encontrar en la sección “Características eléctricas” de la “Hoja de datos de la familia PIC24FJ128GC010”.
- Los productos alimentados por batería/baja corriente pueden requerir una atención especial a los valores y la selección de los componentes
Componente #1: Monitoreo actual
Probablemente la aplicación de conteo de partes más simple y más baja es medir la corriente usando una resistencia de derivación y el SD_ADC PGA, como se muestra en la Figura 1.
Esta configuración utiliza los canales de entrada diferenciales de SD_ADC. Los valores de resistencia generalmente se eligen como dígitos pares (1, 0.1, etc.) para facilitar los cálculos actuales. Una resistencia más baja consume menos energía y puede medir decenas de amperios de corriente. SD_ADC puede medir la corriente CA o CC siempre que la caída de voltaje en la resistencia esté dentro del rango de modo común del PGA. Una entrada diferencial verdadera puede detectar una referencia de flujo de corriente positiva o negativa en los pines de entrada. Según el rango de corriente esperado y los valores de resistencia, la ganancia de PGA debe ser tal que el voltaje de salida a SD_ADC no exceda el voltaje de referencia utilizado.