变送器(测压力),设计中...(基本定型),欢迎指导

1万 · 2007-12-4 10:03

这里的设计要求低功耗,对MCU来说,电压越高,功耗越大,所以考虑用3V

2万 · 2007-12-4 10:20

3.5mA已经不算什么低功耗了。
不知道TL431哪里不符合要求？
MOS管就更好找了，IRL系列的都可以保证工作在2V，也不难买。

3万 · 2007-12-4 11:21

设计思想错误。
4-20mA输出，你利用的是那4mA(实际控制在3.5mA)作为整个电路的电源。用线性降压方式效率太低了。既然输入最小16V，应该把那13V也用上才对。

1万 · 2007-12-4 11:58

这个变送器输出还得带负载,负载上也有压降,变送器是串在负载和电源之间的
为了提高带负载能力,本电路功耗越小越好
如果要用上另外的13V,我还真不知怎么用?

回dadodo
TL431自身要消耗1mA的电流,留给传感器,信号调理,AD,MCU,DA的电流就剩下3.5-1=2.5mA了,而传感器一般要消耗1~2mA,那么信号调理,AD,MCU,DA等4部分只有0.5mA,只MCU都不够用啊

你那MOS管还不错,谢谢

3万 · 2007-12-4 12:18

我当然知道负载上有压降，最小电压18V(我在23楼误为16V)那是你说的。

1万 · 2007-12-5 00:39

3.5mA不小了。

lz，现成的4-20mA两线制IC很多，干嘛要自己费这劲？

1万 · 2007-12-5 08:08

比专用芯片麻烦多了

1万 · 2007-12-6 07:35

用了AD421你也得用MCU。

1万 · 2007-12-6 08:14

我们在生产的是用专用4-20mA芯片,有很多固有缺陷无法解决,所以想用MCU加点功能,请多多指点

1万 · 2007-12-6 08:47

看了一下传感器,要求DC5V供电,且输入阻抗2K,即消耗电流=2.5mA,与本人一直在用的传感器有出入
如果按LZ的传感器要求,想用MCU做几乎不可能,因为要AD,DA,MCU,信号调理等总耗电不超1.5mA太难了,不过,既然到了这一步,应着头皮也得搞
好,就算传感器耗电2.5mA,修改电源为5V,这下肯定不能用TL431了(这家伙太耗电)
根据新情况,从新调整电流分配
1:传感器-----2.5mA
2:信号调理---0.1mA
3:AD---------0.1mA
4:MCU--------1mA
5:DA---------0.1mA
6:电流调节---0.1~16.5mA
总的电流=3.9~20.3mA

根据LZ描述的传感器,电桥应该如下图

1万 · 2007-12-12 09:11

设计更改
电源用3V,虽然传感器要求5V供电,但3V供电也没问题,只是灵敏度小了
1:改为3V供电后,传感器上的电流=3/2K=1.5mA,输出满量程大约6mV
2:信号调理用MCP6144,其内部有4个运放(轨到轨),每一运放耗电0.6uA
  把其中3个接成仪表放大器,放大倍数=2.5V/6mV=416,电阻尽量大些
  这样总耗电在0.1mA以下
3:AD采用ADS1100,16位分辩率,13位的精度,3V电源时耗电=0.09mA
  转换速率128次/秒
4:MCU选用PIC16C54,工作在1M频率下,电流最大不超1mA,EEPROM只在上电时读数据
5:DA用DAC7512+MCP6144剩下的一个运放,后面紧接电流调节电路(这部分不变)
  DAC7512是12位分辩率,功耗0.35mW,建立时间10us,6SOP封装
  总耗电不超0.2mA
6:3V电源用电压基准,型号TL431BVDR2G,不能随便找个431,因为有些431功耗很大
  这个型号最小工作电流0.5mA,可以满足要求

总计:总耗电大约3.5mA,元件成本30左右,只比专用电流环芯片便宜了15元左右
     但体积增大不少,某些特小变送器上无法按装

只看该作者 · 2007-12-12 10:41

实际测量还是datasheet？如果是datasheet，是typical还是max？还得注意其max是25度时还是全部范围。

1万 · 2007-12-12 21:40

   LM324作两线制V/I变换，LM385-25微功耗基准（三极管恒流源为基准恒流，适应大电压波动），放大至3.6V作传感器部分电源。
   传感器采用蓝宝石硅压力桥式传感器。用TLV2254作差动放大至0.6V，(因为ADC是差动的，这个电路变得很简单且不需要电阻匹配就能达到高CMRR) 2254剩下两个运方作传感器400uA恒流激励。(请特别注意大部分半导体传压力感器都要求恒流供电！否则温度特性变差，我准备专门开个贴讨论恒流还是恒压供电的问题.)
   单片机采用MSP430F425，16位ADC采样。5位LCD显示。
   DAC采用PWM方式，因为单片机电源已经是高精度稳压的，所以PWM滤波后可得精度很高的电压。
   DAC的输出控制两线制V/I变换，完成整个设计。
   断开VI变换部分，整机功耗2.2mA，两线工作时能输出低至2.5mA电流（小于4mA表示负压，因此能10％量程的负压）。
   单片机带有Flash，全数字校准，没有电位器等调整器件。
   测量精度达到0.05级（0.02级的压力台，全量程25点测量结果最大误差不到0.035%，25＋－5度情况下）。有峰值保持、上下限报警等功能。

   供参考！

  另外，楼主思路上有个误区
  两线制的核心思想是将电路中所有的耗电都包括进V/I变换的反馈环内，而不是作恒流源＋可控恒流源。当然，楼主的思路也可以实现，不过走弯路了会浪费很多成本，且带来好几个误差来源。请参考XTR105/106/115/116等两线制便送芯片的内部框图，用324即可实现。

1万 · 2007-12-13 11:24

但有几点不明白,可否告知?
1:LM324的电源用多少?直接串在电路中吗?
2:LM385是2.5的基准,是不是通过LM324放大到3.6V?
3:TLV2254的电源是不是同LM324?
4:400uA恒流激励是不是小了点?很多都要求1~2mA
5:DAC采用PWM方式,速度有多快?
6:所有的耗电都包括进V/I变换的反馈环内
那么电流检测用高端还是低端?

1万 · 2007-12-14 00:58

  1. 324的电源直接用线路电源
  2. 385产生2.5V基准，放大到3.6V供单片机系统，传感器等测量部分
  3. 2254用3.6V
  4. 传感器输出对激励是线性的，只是输出小多了，刚好430的ADC只要0.6V输入，放大倍数10几就够了
  5.DAC采用200HzPWM，加100K/1uF 二级滤波，能跟踪秒级变化的压力。

  6.电流检测既不是高端也不是低端，用负端。利用I*Rs产生负压抵消DAC输出的正压，由运放+TIP41构成反馈环，使得两电压之和始终=0。即-I*R+DAC输出=0
即 I*Rs=DAC   ==>  I=DAC/Rs

1万 · 2007-12-14 08:44

对于第6点,还不清楚
我画的图对吗?

2万 · 2007-12-14 08:59

用 LM4040-3.0，最小工作电流 0.1mA，固定电压，不用电阻
431 还有稳定性问题，旁路电容必须在一定范围内，用在这里麻烦
3.5mA 恒流源用什么恒流二极管不可能的，精度太差
LS 那个图，R2 干什么的？运放电流怎么考虑的？

2万 · 2007-12-14 09:13

100ohm * 16.5mA = 1.65V
剩下给 VGS/VBE 的不超过 1.3V，什么 MOSFET 也不行，达林顿管也不行
即使100ohm改成50ohm（再小可能对精度不利了），也只剩下2.2V，MOSFET 低温下还是不够（达林顿管够了）
运放用5V，MCU用3V，应该不是问题

必须用3V电源，也可以用高增益三极管（非达林顿，增益>500），你这里精度要求0.5%，够了，不过采购可能不容易

普通三极管β保证150的也有，MCU测温度应该不难（或许有内置的），根据温度、β值补偿一下IB也可以解决

ADR421挺方便，不过那个J-FET实在难买，而且那东西离散性大，脆弱，用产品里实在没底

不知LZ这个温度范围、本安之类要求如何。俺也在做4-20mA变送器，多多交流啊

--------------
运放我用的是 OPA335，失调 6uV 以下

1万 · 2007-12-14 09:37

36楼的图是根据sharks的第6点说明画的,目的是将电路中所有的耗电都包括进V/I变换的反馈环内,具体看35楼

1:运放,MCU统一用3V方便,不用TL431了,改
2:如果36楼的图正确(电流负端检测),那就不用3.5mA的恒流源
原打算用个3.5mA恒流源(有飘移没关系,准备用个电流高端检测做反馈,飘走的部分由"可挑恒流源"补上)
3:MOSFET不行就用普通三极管(其实根本不必用MOSFET,我是自做多情)
4:关于本安之类的还不清楚,我业余搞的

1万 · 2007-12-15 14:12

   下面的图是我的设计V/I变换部分的简化，简单说明原理：
   ADC输出0.4-2V电压，转换成4－20mA。
   分析负反馈过程：若A点高于0V，则运方输出变高，Re上电压变高，通过Re的电流变大。相当于整体耗电变大，通过Rs的电流也变大，B点电压变低（负更多）。作用的结果是将A点电压拉下来。负反馈的结果是运放虚短，A点电压＝0V。
   电源负和整个便送器电路之间只有Rs、R2两个电阻，因此所有的电流都流过Rs和R2。R2上端是虚地（0V），Rs上端是GND。因此R2、Rs两端电压完全一样！相当于R2与Rs是并联起来作为采样电阻。当然，如果取R2>>Rs，基本上R2影响不大。

   输出电流推导：
   因为R1右侧虚地（0V），电阻R1上电流       I1= VDAC/R1
   因为运方虚断，I1全部电流经过R2，有R2电流 I2=I1=VDAC/R1

   R2两端电压 V2＝－(R2/R2)*VDAC
   由上述分析结论 Rs两端电压＝R2两端电压，即  Vs=V2
   有Rs上电流 Is=R2*VDAC/(R1*Rs)
   取R1=R2，有Is=VDAC/Rs

   因此，若取Rs=100欧，当DAC输出0.4-2V的时候，总电流4－20mA.
   R2电流其实会造成误差，但是上面分析了R2与Rs两端电压一样，相当于并联在Rs上，降低了Rs。误差只是个固定比例系数，可以通过校准完全消除。

变送器(测压力),设计中...(基本定型),欢迎指导

回computer00

有这么难吗？

回20楼

回maychang

回24楼

ls，做不隔离的压力变送器，线性稳压足够了

LS,想用个MCU,然后就瞎折腾

专用4-20mA芯片和MCU有冲突吗？

音乐乐乐

电源设计有误

设计更改

不知道ls各种功耗是如何得来的？

我们已经实现了。思路如下：

sharks说的很有道理,谢谢

解答

谢谢sharks

不要用 TL431

运放电源应该再高些

回赤铸

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