此處顯示的遙感示例具有高可靠性、易于連接和極低的功耗。這些電路面向需要可靠通信和最少電池維護(hù)的工業(yè)環(huán)境。這些解決方案將低功耗、高精度放大方面的最新進(jìn)展與相對(duì)低功耗、高可靠性的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能相結(jié)合。支持這些解決方案的是零漂移、低輸入偏置放大器LTC2063（最大工作電流為2 μA）和LTP5901-IPM（睡眠模式下功耗低于1.5 μA）。這些器件的功耗足夠低，以至于它們可以由銅和鋅電極組成的臺(tái)式電池供電，每個(gè)電極面積為四英寸見方，電解質(zhì)由檸檬的精髓內(nèi)臟組成。

無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)

在工業(yè)環(huán)境中，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行和檢索的測(cè)量很少需要高速，但它們通常需要高可靠性和安全性，此外還需要低功耗操作以最大限度地延長(zhǎng)電池工作時(shí)間。LTP5901-IPM 在 802.15.4e 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中形成一個(gè)節(jié)點(diǎn)或智能網(wǎng)狀 IP Mote。LTP5901-IPM 集成了一個(gè) 10 位、0 V 至 1.8 V ADC 和一個(gè)內(nèi)部 ARM Cortex-M3 32 位微處理器，可實(shí)現(xiàn)易于編程的檢測(cè)。此微塵專為安全性、可靠性、低功耗、靈活性和可編程性而設(shè)計(jì)。???

四感應(yīng)用

總體而言，以下電路的設(shè)計(jì)不需要火箭科學(xué)。然而，它們整潔、高效，并且針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行了精心定制。復(fù)雜性不是必需的，事實(shí)上，這將是一個(gè)成本和可靠性風(fēng)險(xiǎn)。

每個(gè)電路在輸入端接合一個(gè)傳感器，并處理傳感器輸出以產(chǎn)生輸出電壓。當(dāng)LTP5901-IPM 10位ADC作為輸入時(shí)，每個(gè)電路都嘗試映射輸入以捕獲0 V至1.8 V范圍內(nèi)的大部分電壓。

基本電池電壓檢測(cè)

圖1所示為檢測(cè)分壓的典型同相單位增益負(fù)反饋運(yùn)算放大器配置。LTP5901輸入端的ADC范圍為0 V至1.8 V.R1和R2以最小的靜態(tài)電流分壓電池電壓，以實(shí)現(xiàn)持久的電池壽命。LTC2063 的輸入偏置電流足夠低，即使這些大電阻值也不會(huì)影響最終的 10 位 ADC 準(zhǔn)確度。LTC2063 消耗的電源電流極少，并提供了相對(duì)于時(shí)間和溫度的零漂移優(yōu)勢(shì)。

圖1.簡(jiǎn)單的電池電壓檢測(cè)。

電流感

電池供電和隔離電子設(shè)備的美妙之處在于能夠在任何地方放置接地。人們可以在最方便的電路拓?fù)渲袡z測(cè)電流而不會(huì)損失通用性，同時(shí)將端子放置在相對(duì)于本地接地的任何位置。對(duì)于4 mA至20 mA工業(yè)環(huán)路等單極性電流，可以使用傳統(tǒng)的低邊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)安全地檢測(cè)相對(duì)于本地接地的情況。圖2顯示了流過(guò)一個(gè)非常小的電阻R2的電流，該電阻產(chǎn)生檢測(cè)電壓。由于放大器的零漂移、極低值失調(diào)電壓性能，該輸入電壓可能非常小。所示電路將501 mΩ檢測(cè)電阻產(chǎn)生的輸入增益提高101 V/V。在 20 mA 時(shí)，V外為 1.012 V?？梢赃x擇其他值，以最大限度地利用ADC的1.8 V范圍。

圖2.電流檢測(cè)電路。

電阻 R4 相對(duì)較低，并充當(dāng) LTC2063 輸入電容的低阻抗分流器。因此，大R1反饋電阻和輸入電容之間的相互作用不會(huì)影響穩(wěn)定性。

該電路針對(duì)0 mA至35 mA的測(cè)試電流范圍進(jìn)行了優(yōu)化，映射到0 V至1.8 V ADC范圍。

輻照度計(jì)

圖2所示電路還可用于測(cè)量太陽(yáng)能電池的短路電流。硅和其他太陽(yáng)能電池在短路電流模式下運(yùn)行時(shí)，電流與輻照度呈高度線性關(guān)系。短路電流是來(lái)自0 V的太陽(yáng)能電池的電流。圖3中的電路在最大電流下無(wú)法將太陽(yáng)能電池精確保持在0 V;但是，即使在陽(yáng)光下為20 mA，電壓也僅為10 mV。太陽(yáng)能電池兩端的10 mV電平實(shí)際上在其I-V曲線上很短。

圖3.在短路中使用太陽(yáng)能電池進(jìn)行輻照度測(cè)量。

人們可能會(huì)想到一個(gè)跨阻放大器（TIA）。TIA可以在太陽(yáng)能電池上施加0 V的電壓并測(cè)量電流。這種電路的問(wèn)題在于運(yùn)算放大器在整個(gè)輻照度范圍內(nèi)提供太陽(yáng)能電池的電流。當(dāng)優(yōu)先考慮遠(yuǎn)端檢測(cè)電路的最小功耗時(shí)，電池通過(guò)運(yùn)算放大器的20 mA電流是不可接受的。

鑒于需要保持在0 V附近，應(yīng)使用一個(gè)小的檢測(cè)電阻。位于遠(yuǎn)程、電池供電的小電壓檢測(cè)再次建議使用非常準(zhǔn)確的低功率放大器，例如 LTC2063。

太陽(yáng)能裝置產(chǎn)生的物理布局正是需要具有零溫度漂移測(cè)量的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的各種物理布局。幸運(yùn)的是，硅光電二極管在短路條件下相對(duì)于溫度相當(dāng)穩(wěn)定。利用 LTC2063 和 LTP5901-IPM 的簡(jiǎn)單而穩(wěn)健的設(shè)計(jì)與硅太陽(yáng)能電池相結(jié)合，是在環(huán)境溫度條件不斷變化的大型安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)的理想解決方案。

使用熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量

熱電偶電壓可以是正電壓，也可以是負(fù)電壓。圖4所示電路結(jié)合了微功耗基準(zhǔn)和微功耗放大器來(lái)檢測(cè)正負(fù)極微小電壓。幸運(yùn)的是，如果熱電偶與其被測(cè)器件（DUT）電氣隔離，則可以放置在任何方便的電壓域。圖4中的示例使用LT6656-1.25將熱電偶偏置為1.25 V。電路輸出是1.25 V基準(zhǔn)電壓源上的小熱電偶電壓的高增益版本。0 V至1.8 V的ADC范圍是此配置的合理目標(biāo)。如果不采用零漂移、低失調(diào)放大器，大約2000 V/V的極高增益是不可行的。

圖4.熱電偶檢測(cè)電路。

結(jié)論

極低的功率，精確的遙感是絕對(duì)可以實(shí)現(xiàn)的。本文所示的示例揭示了將低功耗、高精度放大器與可編程片上系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)相結(jié)合的簡(jiǎn)單性。

審核編輯：郭婷