Fuente de alimentación para aplicaciones alimentadas por batería con precisión ADC

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Estoy diseñando una aplicación alimentada por batería en forma de un sensor con un ADC sigma-delta de alta precisión (20 a 24 bits) integrado que mide un par de celdas de carga en un puente de Wheatstone. Mi pregunta se refiere a cómo alimentar adecuadamente un dispositivo de este tipo para que cumpla con los requisitos de bajo nivel de ruido del ADC, así como la larga duración de la batería del producto en general.

Tengo la intención de suministrar al sensor dos baterías alcalinas de una celda conectadas en serie, por ejemplo 2 baterías AA que proporcionan un voltaje nominal de 3V. Al observar la curva de descarga de una batería alcalina AA típica, puedo ver que el voltaje de la celda varía de 0,8 V (descargado) a 1,5 V (nominal). En otras palabras, terminaré con una tensión de alimentación de 2 x 0.8V = 1.6V cuando haya utilizado toda la capacidad.

El ADC que pretendo usar tiene un requisito de suministro analógico de MIN 2.7V a MAX 3.6V. Por lo tanto, para aprovechar al máximo la capacidad de la batería necesitaré usar algún tipo de circuito de administración de energía que pueda aumentar el voltaje de mi batería (VBAT: 1.6V - 3V) a un nivel estable de 3V - 3.3V. Para hacer esto, he estado mirando la posibilidad de usar un regulador de aumento de CC / CC. El principal problema que veo con un dispositivo de este tipo es la gran ondulación que produce a la tensión de salida regulada que puede comprometer la precisión del ADC.

Entonces, el dilema al que me enfrento es que me gustaría tener la mayor batería posible y al mismo tiempo evitar comprometer la precisión del ADC. No tengo ninguna experiencia previa en el uso de reguladores de tipo de conmutación. ¿Qué tipo de administración de energía recomendaría para mi aplicación específica? ¿Hay una buena práctica?

Algunos detalles:

  • Tipo de ADC : MAX11206 (delta-sigma de un solo canal de 20 bits)
  • Consumo de corriente : ADC consume 300uA durante la operación y 0.4uA durante la suspensión. El resto del tablero dibuja 400uA en promedio.
  • Salida de voltaje : 3.3V utilizados para AVDD, REF y VE para ADC / brige y microcontrolador en la placa.
  • Conexión de puente ADC : conexión radiométrica (donde el voltaje de excitación del puente es el mismo que el voltaje de referencia).
  • Velocidad de muestreo : muy baja (1 sps)

Esperamos sus sugerencias.

    
pregunta user1507569

4 respuestas

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No mencionó ningún requisito actual para su dispositivo ni los rangos generales de voltaje para el balance de su circuito. Es posible que desee actualizar su pregunta con esta información para que las respuestas reflejen una perspectiva más completa.

El ADC tendrá una referencia de voltaje interno que mitigará los problemas de ondulación básicos siempre que el suministro del riel esté por encima de su V IN mínimo. Estaría mucho más preocupado por el ruido del interruptor que se introduce en la parte frontal analógica del ADC, especialmente con el rango dinámico de ~ 120 dB con el que está trabajando.

Si bien los problemas de ruido del conmutador no son insuperables, preferiría un diseño con un conteo / química de celda que elimine la necesidad de un conmutador. Los ejemplos serían una celda LiPo recargable, celdas de litio primarias de 3.6 voltios o celdas alcalinas de 1.5 voltios tipo 3 'N'. Estos, combinados con una administración de energía juiciosa de LPO, si fuera necesario, proporcionarían un dispositivo eléctricamente silencioso.

    
respondido por el Glenn W9IQ
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Puede encender y apagar periódicamente su convertidor elevador. Enciéndalo para cargar un capacitor búfer grande, apáguelo a medida. Se recomienda insertar un LDO de bajo ruido.

    
respondido por el Iosif Szilagyi
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Tendrás muchos circuitos. Para evitar el acoplamiento magnético, necesita bucles de área cero y una orientación y / o blindaje precisos de 90 grados. Los bucles de área cero no sucederán; A continuación se muestra el resultado con bucles de 4 cm por 1 cm.

Permite examinar el piso de ruido de los campos magnéticos que se acoplan desde ese conmutador al circuito de entrada / ADC.

Suponga que el conmutador genera [0.1amp en 10nanosegundos] transitorios.

Supongamos que el conmutador está a 4 cm del ADC / input.

Suponga que el ADC / entrada tiene un área vulnerable (traza + pensamiento GND descuidado) de 4 cm por 1 cm.

¿Qué es el voltaje inducido?

Use Vinduce = [MU0 * MUr * Área / (2 * pi * Distancia)] * dI / dT

Vinduce = 2e-7Henry / meter * Área / Distancia * dI / dT

Vinduce = (2e-7Henry / meter * 4cm * 1cm / 4cm) * 1 metro / 100cm * dI / dT

Vinduce = 2e-7 * 1e-2 * 10 ^ + 7 amp / segundo = 2e-9 * 1e + 7 = 0.02 voltios

Vinduce = 20,000 microvoltios

La topología

es: cable recto largo con 0,1 amperios en 10 nanosegundos

ubicado

4 cm desde

ADC / entrada con área de bucle vulnerable de 4 cm por 1 cm

sin blindaje; necesitas 86dB de blindaje

Por cierto, los ADC con generación de referencia interna no especifican su rechazo de alta frecuencia de la basura VDD.

    
respondido por el analogsystemsrf
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Para hacer esto, he estado mirando la posibilidad de usar un regulador de aumento de CC / CC.

En caso de que lo hayas olvidado, echa un vistazo a la estructura de pin de gpio y verás cuán similar es a un controlador de medio puente, :)

como tal, otras dos formas de abordar esto:

1) convertir un pin gpio en un convertidor boost;

2) ya que el consumo de corriente es bastante bajo, use una bomba de carga: puede construir una al convertir un pin gpio en un generador de onda cuadrada.

la ondulación se puede gestionar a través de un comparador periférico o un periférico adc, o parametrizando la referencia adc si lo permite.

    
respondido por el dannyf

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