隨著電子衡器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,，市場對低功耗和高精度提出了越來越高的要求。深圳市芯?？萍甲鳛閲鴥?nèi)領(lǐng)先的模擬,、數(shù)模混合集成電路設(shè)計企業(yè),，在電子衡器芯片和電能計量芯片領(lǐng)域具有國內(nèi)領(lǐng)先的水平,，芯海科技推出的高精度24位ADC芯片更是填補(bǔ)了國內(nèi)中高端電子衡器芯片領(lǐng)域的空白,，并針對低功耗,、高精度這一趨勢推出了CSU11XX衡器SoC芯片。CSU11XX芯片最大的優(yōu)勢是同時滿足了自動上秤人體秤,、太陽能人體秤對低功耗的要求,，以及口袋秤對高精度的要求。利用CSU11XX設(shè)計的自動上秤人體秤,，平均待機(jī)功耗可以低至3uA以下,，太陽能人體秤稱重電流在20uA以下，口袋秤分度可以達(dá)到三萬分之一,。
衡器SoC芯片CSU11XX及應(yīng)用
CSU11XX集成了8位RISC MCU,，4K×16 OTP(可作為用戶數(shù)據(jù)PROM)、256 RAM,、4×18 LCD,，以及16個I/O口(除這16個I/O口外，所有的“Seg”口均可復(fù)用為輸出,，使得IO總數(shù)最多達(dá)到26個),，雙通道高速,、高精度ADC，最高數(shù)據(jù)輸出速率為16kHz(精度為12位,，增益為32),，最高精度達(dá)到18位(增益為128，速率為32Hz),。為了能夠在一個芯片上同時滿足低功耗和高精度的要求,，CSU11XX提供了“功耗-精度-速度”相互平衡的選項，即用戶可以通過配置較低的ADC工作電流來實(shí)現(xiàn)低功耗,，但這種情況下線性度較差,，只能夠用于5000點(diǎn)以下的秤，也可以配置較大的工作電流來實(shí)現(xiàn)30,000分度的精度和線性度,，為工程師進(jìn)行多種類型的方案開發(fā)提供便利,，只需要在配置上稍作改動，就可以滿足不同的市場需求,。
圖：CSU11XX內(nèi)部功能框圖,。
以下針對三種不同的應(yīng)用提供設(shè)計思路：
全球最低功耗自動上秤人體秤方案。自動上秤人體秤的平均功耗取決于兩個因素：靜態(tài)功耗及動態(tài)功耗,。其中靜態(tài)功耗由芯片的漏電流,、看門狗模塊電流組成，CSU11XX的漏電流為0.5uA,，看門狗模塊電流為0.7uA,，總靜態(tài)電流為1.2uA。動態(tài)電流主要由ADC與傳感器工作電流構(gòu)成,，決定性的因素包括ADC+傳感器的功耗以及供電的時間窗口長度,。對于人體秤這種對精度要求不高的應(yīng)用，我們可以選擇最低的ADC偏置電流,，把ADC+傳感器的總功耗降低到2.5mA,。時間窗口控制上，使用8K的輸出速率,，采用第三個AD值,，總時間為375uS。得到AD值之后,，直接與預(yù)先計算出來的上秤判決AD閾值比較,，超過則起秤，否則繼續(xù)休眠,。所以總功耗為1.2uA+375uS×2.5mA/1S=1.2uA+0.94uA=2.14uA,。實(shí)測值會介于2uA至4uA之間(由于工藝漏電流的離散性)。
全球最低成本的太陽能人體秤方案。太陽能人體秤的出現(xiàn),，主要是為了避免普通電池對環(huán)境的危害,，達(dá)到環(huán)保的目的。但是,，目前市面上的太陽能人體秤需要昂貴的傳感器和PS08主芯片,。造價成本極大的限制了太陽能人體秤的市場占有率。CSU11XX提供了專門為太陽能人體秤而設(shè)計的特性,。設(shè)計時使用1KHZ的AD輸出速率,，使用第四筆AD，每秒鐘稱重一次,，則所需的動態(tài)功耗為4次×2.5mA×(1/1000秒)=10uA,，LCD顯示所需的功耗為5uA(驅(qū)動電路工作電流)+5uA(玻璃消耗)=20uA,。
三萬分度的手掌秤方案,。在手掌秤應(yīng)用場合，最重要的是精度和線性度,。為達(dá)到這個目的,，我們需要把ADC的工作電流配置為人體秤場合的4倍。并把ADC的輸出速率降低到7.6HZ,，PGA=256,，在這種模式下，ADC的穩(wěn)定性非常高,。在程序中,，將AD值進(jìn)行4次算術(shù)平均，再進(jìn)行8次滑動平均(需要使用滑動緩存快速刷新機(jī)制來保證反映速度),，即可得到穩(wěn)定的三萬分度手掌秤,。
本文小結(jié)
以上三個方案可以涵蓋大部分的家用秤市場，對于廚房秤,、脂肪秤只需要稍作修改即可,。同時，為了方便客戶進(jìn)行開發(fā),，芯?？萍歼€為每一種方案都提供了參考設(shè)計，可以提供全套的電路圖及源代碼,，為客戶產(chǎn)品開發(fā)提供了極大的便利,。(作者：劉小靈 深圳市芯海科技有限公司)