工業(yè)現(xiàn)場環(huán)路供電儀器儀表的四大關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

二、更高集成度的精密模擬微控制器

除了分立的模擬前端片上系統(tǒng)，ADI公司還提供集成度更高的解決方案，把前端(像前面提到的多路復(fù)用器（MUX）、儀表放大器、ADC)再加上微控制器（也稱單片機(jī)），包括像時(shí)鐘看門狗、系統(tǒng)的診斷等功能全部集成在一起，即ADuCM360——它的內(nèi)核是ARM Cortex-M3。

圖3是ADuCM360系統(tǒng)框圖。ADuCM360是完全集成的3.9kSPS、24位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在單芯片上集成雙核高性能多通道Σ-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、32位ARM Cortex-M3微處理器和Flash/EE存儲器。在有線和電池供電儀器儀表應(yīng)用中，ADuCM360可設(shè)計(jì)為與外部精密傳感器直接連接。

圖3：精密模擬微控制器ADuCM360的系統(tǒng)框圖。

ADuCM360的模擬子系統(tǒng)由雙通道ADC組成，每個(gè)ADC均連接到一個(gè)靈活的輸入多路復(fù)用器。兩個(gè)ADC都可在全差分和單端模式下工作。其他的片內(nèi)ADC功能包括：雙通道可編程激勵(lì)電流源、診斷電流源和偏置電壓產(chǎn)生器AVDD_REG/2（900mV），可設(shè)置輸入通道的共模電壓。低端內(nèi)部接地開關(guān)可在兩次轉(zhuǎn)換之間關(guān)斷外部電路（例如電橋電路）。

ADC包含兩個(gè)并聯(lián)的濾波器：一個(gè)sinc3或sinc4濾波器與sinc2濾波器并聯(lián)。Sinc3或Sinc4濾波器用于精密測量。sinc2濾波器用于快速測量和輸入信號的步進(jìn)變化檢測。

該器件集成一個(gè)1.2V低噪聲、低漂移內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)電壓源，但在采用比例式測量配置時(shí)可配置成接受一或兩個(gè)外部基準(zhǔn)電壓源。片內(nèi)集成了可緩存外部基準(zhǔn)電壓輸入的選項(xiàng)。片內(nèi)還集成一個(gè)單通道緩沖電壓輸出DAC。

ADuCM360集成了一系列片內(nèi)外設(shè)，可以根據(jù)應(yīng)用需要通過微控制器軟件控制進(jìn)行配置。這些外設(shè)包括：UART、I2C和雙通道SPI串行I/O通信控制器、19引腳GPIO端口；兩個(gè)通用定時(shí)器；喚醒定時(shí)器及系統(tǒng)看門狗定時(shí)器。同時(shí)提供了一個(gè)帶6個(gè)輸出通道的16位PWM控制器。

低功耗自然也是ADuCM360的可圈可點(diǎn)之處，特別適合電池供電應(yīng)用。微控制器內(nèi)核可配置為普通工作模式，功耗290μA/MHz（包括flash/SRAM IDD）。在兩個(gè)ADC均打開（輸入緩沖器關(guān)閉）、PGA增益為4、一個(gè)SPI端口打開和所有定時(shí)器均打開時(shí)，系統(tǒng)總電流消耗可以達(dá)到1mA。另外，該器件通過直接編程控制可配置為許多低功耗工作模式，包括休眠模式（內(nèi)部喚醒定時(shí)器有效），此時(shí)能耗僅為4μA。在休眠模式下，諸如外部中斷或內(nèi)部喚醒定時(shí)器等外設(shè)可以喚醒該器件。該模式可讓器件在功耗極低的情況下運(yùn)行，同時(shí)仍然響應(yīng)外部異步或周期事件。

ADI還推出了基于ADuCM360配合ADP1720 LDO的環(huán)路供電變送器應(yīng)用參考設(shè)計(jì)CN0300以及評估板(詳情見：www.Analog.com/cn0300)，這是一個(gè)提供4mA至20mA輸出的完整閉環(huán)精密模擬微控制器熱電偶測量系統(tǒng)，該電路稍作修改也可實(shí)現(xiàn)熱電阻的測量。

圖4：ADI公司4mA-20mA輸出的完整閉環(huán)精密模擬微控制器熱電偶測量系統(tǒng)參考板。