基于MSP430F2272單片機(jī)的多路光功率計的設(shè)計
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當(dāng)電池供電時，P溝道MOS管的的漏源極外接二極管導(dǎo)通，同時電源管理芯片LTC4412開始工作，使P溝道MOS管導(dǎo)通，工作于飽和區(qū)，把漏源壓降降到20mV，此時電池給負(fù)載供電，即使外接電源掉電系統(tǒng)也可以正常工作。
當(dāng)外接電源接通后，肖特基二極管導(dǎo)通，負(fù)載電壓高于電池電壓，LTC4412 SENSE引腳電壓拉高，LTC4412關(guān)閉P溝道MOS管，使其工作于截止區(qū)，即使接有電池，負(fù)載電流也全部來自通過肖特基二極管的外接電源。此處不用硅二極管代替肖特基二極管，因?yàn)槠湔驅(qū)▔航?0．7V)大于肖特基二極管(0．4V)，會產(chǎn)生較大功牦，容埸發(fā)熱。
在電池和外接電源之間接充電芯片LTC4002和對應(yīng)電路，就實(shí)現(xiàn)了整個電源管理系統(tǒng)。設(shè)計中電池選用了7．4V 可充電鋰電池組。外接電源適配器是8．4V，1A輸出的AC-DC電源。當(dāng)電池電量不夠時外接電源通過LTC4002對電池充電并給負(fù)載供電。
2．2 信號采集
待測的光信號被光電探測器轉(zhuǎn)換為電流信號本設(shè)計中探測器選用了武漢顯升光器件公司的YSPD728 C6，可探測800～1700nm波長，最大強(qiáng)度+30dBm的光信號，具有較高響心度(0．85A／W)及低暗電流(1nA)的特性。
探測器轉(zhuǎn)換出來的電流信號很小，一般是在uA甚至nA級，所以需要對其進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為能夠匹配后級A／D轉(zhuǎn)換器的電壓信號。AD8304是AD公司專為測量光功率而設(shè)計的對數(shù)放大器，能夠在-40℃～+85℃范同內(nèi)工作，具有160dB(100pA～10mA)的寬動態(tài)測試范圍，1nA～1mA范圍內(nèi)的線性誤差為0．1dB，靜態(tài)電流只有約4．5mA，輸出端有10MHz帶寬的低通濾波器。使用時電流輸入引腳和光電探測器輸出引腳盡量靠近，以減少噪聲引入。圖3是A08304輸入電流和輸出對數(shù)電壓的關(guān)系圖。本文引用地址：http://2s4d.com/article/171289.htm
芯片的對數(shù)輸出電壓為：VLOG=VYlog10(IPD／IZ)其中VY為斜率電壓，由圖3可看出VY=0．2volt／decade，IPD是輸入電流，IZ稱為基準(zhǔn)電流，是100pA的定值。
AD8304的對數(shù)輸出VLOG和最后的輸出VOUT之間有一級同相運(yùn)放，可以根據(jù)不同的需要選擇外接電阻得到適合的輸出電壓。需要說明的是VY和IZ也可以選擇不同外接電阻進(jìn)行調(diào)整。本設(shè)計中對數(shù)輸出電壓在0～1．6V范圍內(nèi)，符合后級A／D轉(zhuǎn)換器的需要，故把同相運(yùn)放接成電壓跟隨器的形式。
假設(shè)經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換的電流信號IPD=100nA，經(jīng)過對數(shù)放大器的輸出電壓為
VOUT=VLOG=0.2xlog10(100nA／100pA)=0．6V
2．3 A／D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)運(yùn)算處理
經(jīng)過AD8304后，小電流信號變成相對較大的電壓信號，這時就要送入A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。MSP430系列單片機(jī)很突出的一個特點(diǎn)就是片上集成了A／D轉(zhuǎn)換器，使得很多數(shù)據(jù)運(yùn)算處理都在片上進(jìn)行，降低了功耗。MSP430F2272片上集成有10-bit 200kbps的逐次逼近A／D)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部可提供1．5V或2．5V參考電壓，可選擇轉(zhuǎn)換時鐘源，具有8個外部模擬輸入通道。
基于以上配置本設(shè)計把8路電壓信號直接接到單片機(jī)A／D轉(zhuǎn)換模塊的8個外部模擬輸入通道，并設(shè)置了按鍵，按照查詢方式動作選擇哪一路模擬信號輸入到A／D轉(zhuǎn)換器，相當(dāng)于做了一個多路選擇開關(guān)。這樣不僅省去了外部A／D轉(zhuǎn)換芯片，也省去了多路復(fù)用器芯片，降低了系統(tǒng)功耗。
另外，根據(jù)光電探測器對不同波長光信號的響應(yīng)度不同，系統(tǒng)也設(shè)置了相應(yīng)功能按鍵通過軟件設(shè)置選擇不同的響應(yīng)度進(jìn)行片內(nèi)數(shù)據(jù)處理。
2．4 液晶顯示
為了把8路測試結(jié)果同時顯示出來，本次設(shè)計選用了40x4字符型液晶。經(jīng)過運(yùn)算處理的信號被放到單片機(jī)P4口上送入液晶顯示出來。
系統(tǒng)功耗最大的是液晶的LED背光，設(shè)計中單獨(dú)選用了一個LDO轉(zhuǎn)壓芯片AMS1117-5并設(shè)置了開關(guān)，可以在能見度比較高的場合下手動關(guān)掉背光電源，尤其是在電池供電情況下，這樣可以在電池供電情況下延長功率計的使用時間。
3 結(jié)束語
本設(shè)計基于單片機(jī)MSP430F2272，利用其片上集成具有8個外部模擬輸入的A／D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了多路光信號功率的測量，同時在此基礎(chǔ)上利用MSP430系列單片機(jī)的超低功耗特性選用LTC4412和LTC4002芯片及相應(yīng)電路設(shè)計了電源管理系統(tǒng)，使系統(tǒng)可靈活選擇供電方式。對數(shù)放大器AD8304的選用直接把微小電流信號轉(zhuǎn)化為后級可用的電壓信號，也是本設(shè)計的不同之處。經(jīng)過測試，不開液晶背光的情況下系統(tǒng)總的電流消耗不超過50mA，功耗較低，可以滿足一定精度的測試需求。
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