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介绍

本应用笔记介绍如何设计一种控制伏特/电流表自调的电路。使用GreenPAK SLG46621V的板载ADC、计数器、比较器和逻辑块，可以在没有MCU干预的情况下自动调整测量范围(“自调整”)，允许更快、更可靠的信号缩放，同时释放MCU资源。本文重点介绍两个自调整示例:使用分流电阻阵列的低侧电流传感，以及将输入电压动态衰减到一个简单的电压表。然而，其他配置也是可能的，例如改变数字控制仪表放大器(如AD8250)的增益。

当应用程序需要精确测量范围跨越几个数量级的电压信号时，使用自调幅，因此测量过程比简单地将信号路由到ADC要复杂得多。

使用高分辨率ADC（16位或更多）可能对应用非常昂贵或不切实际，甚至可能仍然不足以跨越测量范围的宽度。并且在微处理器必须参加许多任务的系统中，在监控信号时，调整增益/衰减可能是不切实际的，以缩放信号，并致力于更多I / O引脚。也可能需要定时器和数字滤波来防止范围之间过度频繁地切换。由于这些原因，在设计中使用GreenPak成为谨慎的。

自变换量程负载监控

考虑可变直流负载牵引电流I_负载，如图1所示_负载是通过将其通过一个分流电阻并测量电压降来测量的。分流电阻放置在负载和地之间。考虑一个场景，其中负载电流可以跨越四个或更多数量级。

因此，有四个并联的分流电阻，每个都有自己的低侧nMOSFET开关。在任何给定的时间里，只有一个分流电阻是“开”的。nMOS开关的门连接到GreenPAK SLG46621V的I/O引脚上。注意，图1没有显示从微控制器到SLG46621V的SPI连接，它是用来读取ADC输出的。

通过测量分流电阻的高侧，vshunt的电压来监测电流。该电压连接到SLG46621V的模拟输入通道（引脚8）。如图2所示，GreenPak的内部PGA乘以vShunt并将其馈送到内部ADC的单端输入。目标是基于ADC的输出值来控制NMOS交换机。

这是以两个阶段完成的。首先，如图3所示，部分A，ADC输出被路由到数字比较器DCMP0和DCMP1。这些将ADC输出与存储在非易失性存储器中的预定义值进行比较。

这些值定义了一个窗口，VShunt可以驻留其中而不触发范围的变化。一旦VShunt通过了这个窗口的上限或下限，分流电阻必须切换到另一个更小或更大的值。

当ADC输出超过COMP0的上限时，COMP0的输出(“Count up”)变高。当ADC值小于COMP1中的下限时，COMP1的输出(“Count down”)会变低。如果“Count up”上升或“Count down”下降，就会触发DLY1(参见图3中的B部分)。附录A显示了LUT4的值。当DLY1计算到它的内部极限后，它的产量就会上升。它的输出被反馈到LUT11(内容如附录A所示)，它将DLY1的输入重置为零。这会将DLY1的输出重置为零。结果是在“计数”变高或“计数”变低后出现一个低-高-低脉冲，再加上一个短延迟。

下一节由两个DFF和两个LUT组成，安排了一个两位上/下计数器（见图3中的C部分）。DLY1的输出被送到计数器的时钟输入。Dly1的单脉冲输出递增或减少一个步骤，取决于“计数”状态。如果“计数”为高电平，则2位计数器将递增。如果“计数”低，则“计数”必须低，因此2位计数器将减少。计数器逻辑被配置为使得它不会从B11到B00缠绕，反之亦然。附录A显示LUT8和LUT9的值。计数器的内容控制输出引脚12,13,15和16，其打开和关闭纳米开关。B00的计数器值仅打开开关Q0，只有B01的值仅开启开关Q1，等等。

设计方程

为了使电路运行，有几个参数必须是固定的:分流电阻值，DCMP0和DCMP1的参考值，PGA增益和DLY1的值。负载电流与引脚8输入的关系为:

一世_负载=负载电流

R._{分流，一世}=电阻的分流电阻一世,在那里一世为当前范围，0≤I≤3。

ADC输出与负载电流的关系为:

V._裁判= ADC参考电压= 1.2V;

m = ADC分辨率= 8位。

因此，每个电流范围的上负载电流边界是：

一世_{负载下限，我}=触发电路从量程切换的负载电流一世范围我- 1;

一世_{负载上限，我}=触发电路从量程切换的负载电流一世范围我+ 1;

N_COMP0=比较器0参考值;

N_COMP1文件=比较器1的参考值。

表1显示了每个电流范围的上、下电流负载电流边界。

DCMP0参考值(NCOMP0) = 15 DCMP1参考（ncomp1）= 240 PGA增益= 8
电流范围	分流抵抗	下边界	上边界
0（B00）	1kΩ.	8.8μ	140μ
1 (b01)	100Ω	88μ	1.4马
2 (b10)	10Ω	880μA.	14个马
3 (b11)	1Ω	8.8马	140mA.

注意，DCMP0和DCMP1的上下限的选择使得每个分流电阻的电流范围重叠。这些重叠区域形成滞后带，因此在范围边界边缘的负载电流不会导致电流范围在两个相邻范围之间快速切换。DLY1与迟滞带一起工作，以防止快速范围切换。它的作用就像一个过滤器，用来阻挡暂时越过量程边界的电流。延迟计数器最大值和延迟的时钟源的值可以根据应用程序的需要进行调整。

图4显示了I_负载, V_分流器和当前范围。图4中的蓝色曲线对应于I的向上扫描_负载，红色曲线对应的是I的向下扫描_负载．就像我_负载增加,V_分流器成比例地增加，直到它在140μA的上阈值交叉为0.14V，此时从0（b00）到1（​​b01）的范围增量，并且分流电阻从1kΩ变为100Ω。类似的转换发生在1.4mA和14mA。在向下扫描期间，范围3（B11）和2（B10）之间的过渡发生在V._分流器= 0.0088V和i_负载= 8.8 ma。类似的跃迁发生在880μA和88μA。滞后带是向上和向下扫频所限定的阴影区域。

请注意，在图2中，ADC输出也被路由到SPI移位寄存器，因此主SPI设备可以在任何给定时间读取ADC值。类似地，两位向上/向下计数器(Count0和Count1)的内容可以在引脚17和18上读取。微控制器测量负载电流所需要的就是通过SPI获取ADC值，读取引脚17和18上的数字值，然后将ADC输出乘以电流量程对应的校准常数。

自变换量程电压表

使用相同的SLG46621V配置，可以实现自动控性电压表，对外部组件进行一些微小的更改。图5显示了自动伸出的电压表测试电路，其中测量的电压V_量通过一个分压器，分压器由一个10MΩ上电阻和三个标记为V的下电阻之一组成_Div1通过V_Div3．第四电阻V_Div0由于电阻无穷大，可以想象与其他三个低电阻并联。每个电阻的衰减值如表2所示。

电阻器	电阻的值	通过分压器衰减
RDIV0（虚拟）	无限抵抗	1
RDiv1	1000 kΩ	0.091
RDiv2	100kΩ.	0.0099.
RDiv3	10 kΩ	０．００１

SLG46621V的内部连接与Autoranging电流表相同。模拟输入通过PGA路由到ADC。将ADC输出与DCMP0和DCMP1中的上部和较低的参考边界进行比较，触发脉冲到上/下计数器。向上/向下计数器控制NMOS交换机接通以及选择哪些衰减值。

设计方程与自调程电流表电路的设计方程相似:

V._量=电压输入到电压计

R._div，我=用于衰减范围的分压器下臂的电阻一世，式中0≤I≤3

表3显示了每个衰减范围的上、下电压限值。

图6显示了V之间的关系_量，衰减范围，V_div．如图4所示，在向上扫频和向下扫频对应的曲线之间可以看到滞回带。

DCMP0参考值(NCOMP0) = 15 DCMP1参考（ncomp1）= 240 PGA增益= 8
衰减范围	RDiv,我	V.量下边界	V.量上边界
0（B00）	无限抵抗	8.8mv.	140mv.
1 (b01)	1000 kΩ	97 mv	1.5 v
2 (b10)	100kΩ.	890mv.	14V.
3 (b11)	10Ω	8.8V.	140 v

结论

带有板载ADC的GreenPAK混合信号IC可以实现电压信号自动测距，使微控制器可以处理其他任务。自调变在许多必须精确测量跨越几个数量级的电压的应用中是很重要的。亚博国际官网平台网址本应用说明说明了自调电流表和电压表的电路结构。

2比特LUT4属性	3-bit LUT8属性
3-bit LUT9属性	3位LUT11属性