基于CPLD的低功耗爆炸場(chǎng)溫度測(cè)試系統(tǒng)
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1)電源管理及控制模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的電源管理及全局時(shí)鐘控制，從而達(dá)到降低功耗和控制各信號(hào)初態(tài)的目的。
2)時(shí)鐘分頻模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)從晶體振蕩器輸出到CPLD的時(shí)鐘進(jìn)行分頻，從而得到A／D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器和FIFO需要的時(shí)序。
3)編程觸發(fā)比較模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)觸發(fā)溫度數(shù)字電平的編程，通過(guò)移位寄存器實(shí)現(xiàn)；數(shù)字比較部分是把A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果和所編溫度數(shù)字電平值比較判斷觸發(fā)與否。
4)FIFO及存儲(chǔ)器地址模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)生成FIFO和存儲(chǔ)器需要的地址，F(xiàn)IFO和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。
5)A／D時(shí)序產(chǎn)生模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換器的CONVST／和讀信號(hào)的時(shí)序生成。
6)讀數(shù)模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)讀數(shù)接口的邏輯連接控制，接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的脈沖信號(hào)，以完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?br />2．2 溫度傳感器
在爆炸場(chǎng)等高溫、高壓、高沖擊的惡劣環(huán)境下采集瞬時(shí)溫度的動(dòng)態(tài)變化對(duì)溫度傳感器要求很高，因此選用了美國(guó)NANMAC公司的E12鎢錸侵蝕熱電偶。該熱電偶瞬態(tài)溫度響應(yīng)時(shí)間僅為幾百微妙，溫度范圍高達(dá)2 315℃，耐壓程度高達(dá)69 MPa，完全能夠滿足爆炸場(chǎng)溫度測(cè)試的需要。
熱電偶是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)的變化，熱電偶回路中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)差為：
NA、NB為材料A、B的電子密度；σA、σB為導(dǎo)體A、B的湯姆遜系數(shù)，K為波爾茲曼常數(shù)。
由于導(dǎo)體湯姆遜效應(yīng)引起的電動(dòng)勢(shì)差相比較小，常可忽略，因此當(dāng)熱電偶的兩種材料的特性為已知時(shí)，一端溫度固定，則待測(cè)溫度T是電動(dòng)勢(shì)的單值函數(shù)。為了使E12鎢錸熱電偶冷端溫度固定在0℃，本次設(shè)計(jì)采用了補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償冷端的溫度變化。
2．3 電源管理模塊
由于溫度測(cè)試系統(tǒng)經(jīng)常需要在惡劣的環(huán)境中工作，所需的能量都是靠一次性的高溫電池來(lái)供給，電量有限。而溫度測(cè)試系統(tǒng)往往要求測(cè)試過(guò)程很長(zhǎng)，為了減小在測(cè)量過(guò)程中由于電量不足而使電路不能正常工作的可能性，就必須考慮測(cè)試系統(tǒng)低功耗的要求。因此設(shè)計(jì)了先進(jìn)的電源管理模塊，即電路在需要工作時(shí)給其供電，在不需要工作時(shí)斷電，減小電路無(wú)效操作時(shí)功耗的比例。
為了減少不必要的損耗，采用了多路電源供電管理模式，分別為：VCC、VDD、VEE。VCC和CPLD相連接，存儲(chǔ)模塊部分、AD轉(zhuǎn)換部分由VDD供電，運(yùn)算放大器、晶振由VEE控制。
本系統(tǒng)中選用雙通道電源開(kāi)關(guān)芯片MAX894作為電源管理芯片，其供電范圍為2．7～5．5 V，關(guān)斷時(shí)消耗電流僅為0．1μA，兩通道全部打開(kāi)是消耗電流約為17 μA。在本次設(shè)計(jì)中MAX894芯片輸入電源VCC=3．6 V，通過(guò)ONA／控制產(chǎn)生VDD=3．6 V，通過(guò)ONB／控制產(chǎn)生VEE=3．6V。 ONA／ONB／低電平有效，由CPLD內(nèi)部控制。如圖3所示。本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/190724.htm
電源管理模塊在CPLD內(nèi)部的控制部分如圖4所示，ONON和OFF是電路模塊的開(kāi)關(guān)，TC／是CPLD外接晶振的使能端，高電平有效。當(dāng)電路上電后，ONON變?yōu)楦唠娖?，ONA變?yōu)楦唠娖剑琌NAN變?yōu)榈碗娖?，電源管理模塊的VDD輸出有效，AD轉(zhuǎn)換部分和存儲(chǔ)模塊部分開(kāi)始工作。由于晶振此時(shí)處于工作狀態(tài)，所以TC為低電平，ONBN也是低電平，電源管理部分的VEE輸出有效。當(dāng)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間存滿后，晶振停止工作，TC變?yōu)楦唠娖?，ONBN也變?yōu)楦唠娖?，所以VEE輸出無(wú)效，運(yùn)算放大器部分關(guān)閉。此時(shí)電路處于微功耗狀態(tài)，存儲(chǔ)器處于待讀數(shù)狀態(tài)。當(dāng)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)被讀出后，電路可以關(guān)閉。此時(shí)除了CPLD，所有器件均被關(guān)閉。
評(píng)論