基于CSU8RP1001的太陽能衡器應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　CSU8RP1001是芯海科技最新推出的集成了24位高速、高精度ADC的8位 RISC架構(gòu)太陽能衡器專用SoC(系統(tǒng)芯片)。芯片結(jié)構(gòu)如圖1所示，具有4k×16位的OTP(一些可編程)ROM程序存儲(chǔ)器，同時(shí)也可做用戶數(shù)據(jù)保存使用。此款芯片除具有4×14 LCD驅(qū)動(dòng)、內(nèi)置溫度傳感器、看門狗、定時(shí)器等常用配置外，還集成了一個(gè)針對微弱電流供電場合(如：太陽能電池、射頻感應(yīng)供電等)的智能電源管理模塊，此模塊是當(dāng)儲(chǔ)能電容上的電壓達(dá)不到正常工作電壓時(shí)，具有完全關(guān)閉芯片內(nèi)部電路功能，防止內(nèi)部電路在低電壓下存在不穩(wěn)定狀態(tài)，引起漏電現(xiàn)象，確保從太陽能電池獲取到的微弱電量都存儲(chǔ)到電容上，當(dāng)儲(chǔ)能電容電壓達(dá)到正常工作電壓時(shí)，則會(huì)自動(dòng)將儲(chǔ)能電容上的電量送到每個(gè)電路模塊。另外整個(gè)太陽能衡器系統(tǒng)的外圍元器件只需廉價(jià)的12個(gè)普通電容。

　　低功耗高精度實(shí)現(xiàn)原理

　　傳統(tǒng)衡器系統(tǒng)中，傳感器和芯片測量模塊占據(jù)了90%以上的功耗，因此，采用高速脈沖供電，減少測量時(shí)間是降低衡器系統(tǒng)功耗的關(guān)鍵。芯海的CSU8RP1001芯片實(shí)現(xiàn)了高速高精度測量上的突破，當(dāng)ADC 輸出速率為7.8kHz，PGA(可編程增益放大器)=68，Vref=2.3V時(shí)，有效位仍然達(dá)到15.5位。此核心ADC單元高速高精度的特性，使得采用高速脈沖測量成為可能，大大降低了系統(tǒng)的平均功耗。

　　傳統(tǒng)衡器的MCU內(nèi)核和LCD驅(qū)動(dòng)模塊消耗的電流雖然很小，但對于太陽能衡器微安級(jí)的供電電源來說，也是非常之大。CSU8RP1001在LCD驅(qū)動(dòng)模塊上采用創(chuàng)新的電荷交換方法獲取LCD偏置電壓，使此模塊消耗的電流低于1µA，卻能驅(qū)動(dòng)較大尺寸的液晶顯示器。MCU內(nèi)核一般工作的頻率越低則消耗的電流越少，但芯海科技則不然，通過高速的方式來降低每MHz的電流消耗。

　　基于CSU8RP1001設(shè)計(jì)的太陽能衡器，整機(jī)工作電流計(jì)算工式如下：

　　T_DRDY：AD輸出的間隔時(shí)間;

　　N：完成一次測量所需的AD筆數(shù);

　　IA：模擬部分電流;

　　IS：傳感器消耗的電流;

　　TD：數(shù)字部分的工作時(shí)間;

　　ID：數(shù)字部分的工作電流;

　　TS：間隔多少時(shí)間測量一次;

　　ILCD：LCD模塊電流;

　　IWDT：看門狗模塊電流;

　　IStart：智能電源管理模塊電流。

　　在各種測量模式下的消耗電流對照情況如表1(以1kΩ阻抗和靈敏度為1mV/V的傳感器為例)。