單是第一眼看到這個方法，的確是一見鐘情了，非常簡易的方案，低功耗設計，將電路板集成在表筆中，簡約而不簡單。很難想象，這個是一個4?位萬用表。



簡易4?位萬用表特性
◆4?位、50K計數(shù)分辨率
◆支持藍牙低耗能(BLE)的無線MCU，適用于物聯(lián)網(wǎng)無線應用
◆由CapTIvate電容式觸控技術(shù)實現(xiàn)的自動喚醒功能
◆低功耗設計和電源管理系統(tǒng)
◆由NFC動態(tài)界面實現(xiàn)的BLE移動應用程序配對功能
◆基于固件的真正RMS測量
◆電壓：50V、5V、500mV和50mV
◆電流：50mA和500μA
◆具有18位400kSPSSARADC，可實現(xiàn)：
①50,000顯示計數(shù)分辨率
②1μV/10nA分辨率
③在100kHz時具有0.05%直流精度、3%交流精度

簡易4?位萬用表設計框圖



DMM前端電路框圖
電壓測量是通過將外部被測設備(DUT)電壓施加在萬用表(DMM)輸入端(紅色)和COM端(黑色)之間，并將機械開關設置到“電壓”位置來完成的。這些輸入端支持正、負電壓極性。AFE模塊的電壓測量部分提供了適當?shù)碾妷嚎s放，以支持由MCU選擇的四個可用電壓范圍。這是通過由1:3TS5A3359模擬多路復用器控制的可配置分壓器或衰減網(wǎng)絡來實現(xiàn)的。多路復用器可以保持開路狀態(tài)，也可以選擇不同的電阻，以根據(jù)每個電壓范圍的需要更改分壓器。如下圖所示，TS5A3359可以獨立啟用50V、5V或500mV的分壓電阻。這些電阻與50mV電阻并聯(lián)，以與電壓端輸入電阻建立所需的分壓比例。50mV范圍的分壓比例是在禁用50V、5V和500mV電阻的情況下建立的。該分壓器網(wǎng)絡在所有電壓范圍內(nèi)的有效輸出信號電平為±50mV。實際設計還包括一個與電阻網(wǎng)絡并聯(lián)的相應電容分壓網(wǎng)絡，以補償和校準整體系統(tǒng)交流頻率響應(更多細節(jié)請參見原理圖)。電壓輸入端所示的10MΩ電阻為所有分壓器網(wǎng)絡設置提供恒定電阻。為了滿足表1中列出的所有電壓范圍的輸入阻抗要求，需要使用10MΩ，但其相對較高的阻值會對系統(tǒng)的噪聲和分辨率性能產(chǎn)生負面影響。因此，在下圖的參考設計中包含了一個開關，以在低50mV范圍設置下提供更好的噪聲和分辨率性能，同時通過在電壓分壓時使用100MΩ電阻來滿足輸入阻抗要求。



電流測量
當前的測量部分提供由MCU選擇的500μA和50mA電流量程設置。兩個分流電阻連接在DMM(紅色)端子(設定為“電流”位置)和COM(灰色)端子之間，用于將各自的電流轉(zhuǎn)換為電壓。這些輸入端子支持正負電流極性。使用雙2:1TS3A24159模擬多路復用器在兩個量程之間進行選擇。TS3A24159中的第二個多路復用器用作基本模擬開關功能，在選擇50mA量程時旁路500μA量程的分流電阻。分流電阻網(wǎng)絡的輸出電壓范圍也約為±50mV，這是由50mV的負載電壓要求決定的。TSA3166SPST模擬開關提供了電流分流電阻的隔離，防止其與用于電壓測量的分壓器并聯(lián)。

輸入緩沖和放點電路
電壓模式和電流模式輸出信號向ADC輸入驅(qū)動緩沖器提供±50mV信號。已選擇配置為電壓跟隨器的OPA313來緩沖該信號，以向THS4531全差動放大器(FDA)提供低阻抗輸出。此外，OPA313具有足夠的帶寬，通過在100kHz時提供小于1%的信號衰減，支持TIDA-01012在100kHz下3%的精度設計目標。這款THD4531FDA用于將50mV信號放大，以匹配ADC的2.5V參考電壓。為該參考設計選擇了標稱增益為44.2，以向ADC提供高達約±2.2V的信號，同時考慮設計公差和THS4531輸出緩沖器的軌到軌電壓裕量。THS4531還具有優(yōu)秀的帶寬特性，以滿足TIDA-01012精度設計目標的要求。



無線MCU
CC2640器件是一款面向藍牙低能耗應用的無線MCU。該器件是CC26xx系列的成員，該系列為成本效益高、超低功耗的2.4GHz無線射頻器件。極低的工作RF電流和MCU電流以及低功耗模式電流消耗提供了出色的電池壽命，使其能夠在小型紐扣電池和能量收集應用中運行。

CC2640器件包含一個32位ARM®Cortex®-M3處理器，主處理器運行頻率為48MHz，并具有豐富的外設功能，包括獨特的超低功耗傳感器控制器。該傳感器控制器非常適合連接外部傳感器并在系統(tǒng)其余部分處于睡眠模式時自主收集模擬和數(shù)字數(shù)據(jù)。因此，CC2640器件非常適合對電池壽命長、小型化和易用性有要求的廣泛應用。藍牙低能耗控制器嵌入到ROM中，并部分運行在ARMCortex-M0處理器上。這種架構(gòu)提高了整體系統(tǒng)性能和功耗效率，同時釋放了應用程序的閃存空間。



MCU
MSP430FR263x和MSP430FR253x是基于FRAM的超低功耗MSP微控制器，具有CapTIvate觸摸技術(shù)，適用于按鈕、滑塊、輪(BSW)和接近應用。CapTIvate技術(shù)在市場上提供最高分辨率的電容觸摸解決方案，同時具有高可靠性和抗噪能力，并且功耗最低。CapTIvate技術(shù)支持同一設計中自電容和互電容電極的并行使用，以實現(xiàn)最大靈活性。通過CapTIvate設計中心，工程師可以使用易于操作的GUI快速開發(fā)BSW應用。TI的低功耗MCU系列包括多種設備，具有針對不同應用的不同外設組合。其架構(gòu)結(jié)合了廣泛的低功耗模式，經(jīng)過優(yōu)化以在便攜測量應用中實現(xiàn)延長電池壽命。該MCU配備強大的16位RISCCPU、16位寄存器和常數(shù)生成器，有助于實現(xiàn)最大代碼效率。數(shù)字控制振蕩器(DCO)使MCU能夠從低功耗模式喚醒至活動模式，通常耗時不到10微秒。



ADC
ADS8885是一款18位、400kSPS、真正差分輸入的ADC。該器件可使用2.5至5V的外部參考電壓，從而在無需額外輸入信號縮放的情況下提供廣泛的信號范圍選擇。參考電壓的設定獨立于模擬電源電壓(AVDD)，并且可以高于AVDD。該器件提供兼容串行外設接口(SPI)的串行接口，同時支持菊鏈操作，可級聯(lián)多個器件?？蛇x的忙指示位使與數(shù)字主機同步變得容易。器件支持單極性、真正差分的模擬輸入信號，差分輸入擺幅為-VREF到VREF。該真正差分輸入結(jié)構(gòu)允許共模電壓在0V至VREF范圍內(nèi)任意值(當兩個輸入都在操作輸入范圍-0.1V至VREF+0.1V內(nèi)時)。器件操作針對超低功耗進行了優(yōu)化。功耗與速度直接相關。這一特性使ADS8885非常適合低速應用。



選擇像ADS8885這樣低功耗的SARADC有助于實現(xiàn)低功耗設計，同時仍能達到滿足設計目標所需的分辨率和速度。下表中的比較顯示了額外的18位低功耗、高吞吐量的SARADC。



信號調(diào)理
THS4531是一款低功耗、全差分運算放大器，輸入共模范圍低于負電源軌且輸出可實現(xiàn)軌到軌。該器件專為低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和對功耗及功耗散耗要求嚴格的高密度應用而設計。該器件具有精確的輸出共模控制，可在驅(qū)動ADC時實現(xiàn)直流耦合。這種控制結(jié)合低于負電源軌的輸入共模范圍和軌到軌輸出，使從單端接地參考信號源到SAR和ΔΣ(ΔΣ)ADC的接口變得輕松，并且僅需單電源2.5至5伏電源即可工作。THS4531也是一般用途低功耗差分信號調(diào)理應用的重要工具。



OPAx333是一系列零漂移、低功耗、輸入輸出軌到軌的運算放大器。這些器件工作電壓范圍為1.8至5.5V，具備單位增益穩(wěn)定性，適用于各種通用應用。零漂移架構(gòu)提供超低偏置電壓和接近于零的偏置電壓漂移。OPA333和OPA2333均具有單位增益穩(wěn)定性，并且不會出現(xiàn)意外的輸出相位反轉(zhuǎn)。這些器件采用專有的自動校準技術(shù)，實現(xiàn)低偏置電壓以及在時間和溫度變化下的極低漂移。



OPAx313是一系列低功耗、軌到軌輸入和輸出的運算放大器，專為便攜式應用設計。這些器件工作電壓范圍為1.8到5.5V，具備單位增益穩(wěn)定性，適用于廣泛的通用應用。其AB類輸出級能夠驅(qū)動連接在任意V點與地之間的≤10kΩ負載。輸入共模電壓范圍包含兩個電源軌，使OPAx313系列幾乎可用于任何單電源應用。軌到軌輸入和輸出擺幅顯著增加了動態(tài)范圍，尤其在低電源電壓應用中，并且非常適合驅(qū)動采樣ADC

OPAx313具有1MHz帶寬和0.5V/μs的轉(zhuǎn)換速率，每通道僅消耗50μA電源電流，在極低功耗下提供良好的交流性能。直流應用也同樣表現(xiàn)優(yōu)異，具有1kHz下25nV/√Hz的低輸入噪聲電壓、低輸入偏置電流(0.2pA)以及0.5mV的輸入失調(diào)電壓(典型值)。典型的失調(diào)電壓漂移為2μV/°C；在整個溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓僅變化200μV(從0.5到0.7mV)。



電壓基準
REF33xx是一系列低功耗、高精度帶隙電壓參考器，專為極低壓差、優(yōu)異的初始電壓精度和高輸出電流而設計，典型溫漂為9ppm/°C。



模擬開關
TS3A24159是一個雙通道單刀雙擲(SPDT)雙向模擬開關，設計用于1.65至3.60V的工作電壓。它提供較低的導通電阻和出色的導通電阻匹配，并具有斷開前閉合功能，以防止信號從一個通道傳輸?shù)搅硪粋€通道時發(fā)生信號失真。該器件具有優(yōu)異的總諧波失真(THD)性能、低導通電阻且功耗非常低。這些特性使該器件適用于各種市場和許多不同的應用。



TS5A3166是一種單刀單擲(SPST)模擬開關，設計用于1.65至5.5V的操作電壓。該器件具有較低的導通電阻，出色的總諧波失真(THD)性能，并且功耗非常低。這些特性使其適合用于便攜式音頻應用。



TS5A3359是一款雙向、單通道、單刀三擲(SP3T)模擬開關，設計工作電壓范圍為1.65至5.5V。該器件在提供信號切換解決方案的同時保持出色的信號完整性，使TS5A3359適用于包括個人電子產(chǎn)品、便攜式儀器以及測試與測量設備在內(nèi)的各類市場的廣泛應用。該器件通過其低導通電阻、出色的導通電阻匹配以及總諧波失真(THD)性能來保持信號完整性。為了防止信號在從一個通道切換到另一個通道過程中產(chǎn)生失真，TS5A3359還具有指定的斷開優(yōu)先(break-before-make)特性。該器件功耗極低，并在VCC=0時提供隔離功能。



NFC接口芯片
動態(tài)NFC接口收發(fā)器RF430CL330H是一種NFC標簽類型4設備，結(jié)合了無線NFC接口和有線SPI或I2C(集成電路互連)接口，用于將設備連接到主機。SRAM中的NDEF消息可以通過集成的SPI或I2C串行通信接口進行讀寫，也可以通過支持高達848kbps的集成ISO14443B兼容RF接口進行無線訪問和更新。這一操作允許NFC連接切換到其他傳輸載體，如藍牙、低功耗藍牙和Wi-Fi®，從而實現(xiàn)輕松直觀的配對或認證過程，只需輕觸一次即可完成。作為通用NFC接口，RF430CL330H使終端設備能夠與快速增長的支持NFC的智能手機、平板電腦和筆記本電腦基礎設施進行通信。



電池管理
bq24232設備是集成的鋰離子線性充電器和系統(tǒng)電源路徑管理設備，主要面向空間受限的便攜式應用。該設備在為系統(tǒng)供電的同時，可以獨立充電電池。這一特性可以減少電池的充放電循環(huán)次數(shù)，實現(xiàn)正確的充電終止，并使系統(tǒng)在電池損壞或缺失的情況下繼續(xù)運行。同時，即使電池完全放電，也可以實現(xiàn)系統(tǒng)瞬間開機。用于為電池充電和為系統(tǒng)供電的輸入電源可以是交流適配器或USB端口。該設備具有動態(tài)電源路徑管理(DPPM)功能，可以在系統(tǒng)和電池充電之間共享源電流，并在系統(tǒng)負載增加時自動降低充電電流。當從USB端口充電時，輸入動態(tài)電源管理(VIN-DPM)電路會在輸入電壓低于閾值時降低輸入電流限制，從而防止USB端口崩潰。電源路徑架構(gòu)還允許當適配器無法提供峰值系統(tǒng)電流時，由電池補充系統(tǒng)所需電流。



bq27426電量計可以準確預測單個鋰基可充電電池的容量和其他運行特性。系統(tǒng)處理器可以查詢它，以提供電池狀態(tài)信息，例如電荷狀態(tài)(SoC)。

TPS6274x是首款具有超低靜態(tài)電流消耗(典型值360nA)的降壓轉(zhuǎn)換器，并采用TI的DCS-Control?拓撲結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)輸出電壓。該器件將高效率運行擴展到輸出電流低至幾微安的情況。



TPS782系列LDO專為電池供電的應用設計，在這些應用中超低靜態(tài)電流是關鍵參數(shù)。TPS782系列與TIMSP430及其他類似產(chǎn)品(如CC2640)兼容。使能引腳(EN)兼容標準CMOS邏輯。該LDO系列在任何大于1.0μF的輸出電容下均保持穩(wěn)定。



ESD保護
TPD1E10B06是一款單通道ESDTVS二極管，采用小型0402封裝。該TVS保護產(chǎn)品提供±30kVIEC空氣間隙和±30kV接觸ESD保護，并帶有用于雙極性或雙向信號支持的背靠背TVS二極管的ESD夾電路。這款ESD保護二極管的12pF線路電容適用于支持高達400Mbps數(shù)據(jù)速率的各種應用。0402封裝是行業(yè)標準，便于在節(jié)省空間的應用中放置元件。該ESD保護產(chǎn)品的典型應用包括音頻線路(麥克風、耳機和免提電話)、SD接口、按鍵或其他按鈕、USB端口的VBUS引腳和ID引腳，以及通用I/O端口的電路保護。該ESD夾非常適合用于保護終端設備，如電子書、平板電腦、遙控器、可穿戴設備、機頂盒及電子銷售點設備。

電平轉(zhuǎn)換
LSF系列可用于電平轉(zhuǎn)換應用，用于不同接口電壓的設備或系統(tǒng)之間的互聯(lián)。LSF系列非常適合在數(shù)據(jù)I/O連接開漏驅(qū)動器的應用中使用。在合適的上拉電阻和布局下，LSF可實現(xiàn)100MHz的速度。LSF系列也可用于數(shù)據(jù)I/O連接推挽驅(qū)動器的應用中。



LSF系列由雙向電壓電平轉(zhuǎn)換器組成，工作電壓范圍為0.8至4.5V(Vref_A)和1.8至5.5V(Vref_B)。該范圍允許在無需方向端子的情況下，在開漏或推挽應用中進行0.8至5.0V的雙向電壓轉(zhuǎn)換。LSF系列支持最高100MHz傳輸速度的電平轉(zhuǎn)換應用。



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