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ldc1000电感数字转换器中文版


ldc1000 电感数字转换器
1、特性: 磁——自由操作
可调式感测范围(通过线圈的设计) 降低系统成本 远程传感器的位置(从恶劣环境的解耦 LDC) 高耐久性(通过接触较少的操作)

环境干扰不敏感(如灰尘,灰尘,水,油)
电源电压,模拟:4.75V 至 5.25V

电源电压,IO:1.8V 至 5.25

V
电源电流(W/O LC Tank) :1.7 毫安 RP 分辨率:16 位 分辨率:24 位 频率范围:5Khz~~5Mhz 2、应用程序的操作模式。 一个 SPI 接口简化了连接到单片机。 线控系统 齿轮齿数 流量计 按钮开关 笔记本电脑 游戏控制器 多功能打印机 数码相机 医疗设备

LDC1000 该集成电路可通过静电放电损坏。 德克萨斯仪器公司建议所有集成电路的处理适 当的预防措施。不遵守正确的搬运和安装程序,可能导致损坏。ESD 损害可以从 细微的性能下降到完整的设备故障范围。精密集成电路可能更容易受到损害,因 为非常小的参数变化可能导致设备无法满足其公布的规格。

1

引脚定义 引脚名称 SCLK CSB 引脚号 1 2 引脚类型 数字输出 数字输入 功能 SPI 的时钟输入。 SCLK 是用于时 钟输入输出数据到芯片 SPI CSB。多个器件可以连接在 同一总线和 CSB 可以用来选择 将连通装置 SPI 从属数据(掌握了奴隶) 。这 应该是连接到主了奴隶的大师 数字 IO 电源 SPI 从属数据(主在奴隶) 。SPI Slave Data Out (Master In Slave Out).It is high-z when CSB is high 数字地 LDC 滤波电容器 LDC 滤波电容器

SDI VIO SDO

3 4 5

数字输入 电源 数字输出

DGND CFB CFA INA

6 7 8 9

地 模拟 模拟 模拟

外部 LC 谐振。 连接到外部 LC 谐振

INB

10

模拟

外部 LC 谐振。 连接到外部 LC 谐振

GND VDD CLDO TBCLK/XIN

11 12 13 14

地 电源 模拟 数字输入/模拟

模拟地 电源
LDO 的旁路电容器。 一个 56nf 电容应 该从这个引脚连接到 GND

外部时间基准时钟/晶体。一 个外部时钟或晶体可以连接

XOUT INTB

15 16

模拟 数字输出

DAP

17



外部时间基准时钟/晶体。一个外 部时钟或晶体可以连接 可配置的中断。此引脚可配置成 在 3 种不同的方式通过编程 int 销模式寄存器。 无论是阈值检测, 唤醒,或 drdyb 连接到 GND

绝对最大额定值

推荐的操作条件

电气特性 所有的限制保证 TA =温度 Tj = 25°C,VDD = 5.0V,VIO = 3.3V

LDC

外部时钟或晶体的频率计数器

时序图 除非另有说明,在 TA = 25°C 指定的所有限制,VDD 的= 5 = 3.3,暴力,10pF 电容负载并联 SDO 10KΩ 负荷。指定设计;不生产测试

LDC 操作理论 感应: 交流电流通过线圈产生的交变磁场。如果一个导电材料,如金属目标,纳入线圈 附近的磁场,这将导致循环电流(涡流)上靶的表面。这些涡流的作用距离,大 小,和目标组成。这些涡流产生自己的磁场,它与原来的场线圈相反。这种机制 是最好的相比,一个变压器,其中线圈是主要的核心和涡流是次核心。两纤芯间 的电感耦合取决于距离和形状。因此,电阻和次级铁芯的电感(涡流) ,显示为 一个遥远的依赖性和在一次侧感应元件 (线圈) 。 下图显示一个简化的电路模型。

与金属靶的电感器 涡电流所产生的表面上的目标可以被建模为一个变压器,如图 8 所示的 初级线圈和次级线圈之间的耦合是一个函数的距离和导线的特性。在 图 8,电感线圈的电感 Ls,RS 是线圈的寄生串联电阻的电感 L(d) ,这 是一个距离函数,是金属靶耦合电感。同样,R(D)是涡流的寄生电阻。

只是一个电感器产生交变磁场, 会消耗大量的电力。这种力量消费可以通过增加 一个并联电容减小, 把它变成一个谐振器, 如图 9 所示。 在这种方式降低了功耗, 涡流和电感损耗 RS + R(D)只有。

该 ldc1000 不测量串联电阻直接; 而是措施的等效并联谐振阻抗 RP (见图 10) 。 这种表示是相当于图 10 中所示,在并联谐振阻抗 RP(D)由下式给出: RP(D)=(1?([ RS + R(D)])*([ LS + L(d)])?C.

RP =(1 / RS)×(L / C) 。 图 10。与 LC 并联等效电阻箱的 RS。

LDC1000 图 11 显示了 RP 的变化作为一个直径 14mm PCB 线圈的距离的函数(23 圈,4 密耳轨迹宽度,间距 4mil 微量,1 盎司铜厚,FR4) 。目标是一个不锈钢 2mm 厚。

与 ldc1000 测量并联谐振阻抗、电感:
ldc1000 是电感数字转换器,同时测量阻抗和共振的 LC 谐振频率。它完成这个 任务通过调节闭环振荡振幅配置一个恒定的水平, 同时监测的谐振器的能量耗散。 通过监测在谐振腔注入功率量,可以确定的 ldc1000 RP 的值;它返回的是数字 的值是成反比的 RP。此外,还可测量的 ldc1000 振荡的 LC 电路的频率;这个 频率是用来确定 LC 电路的电感。振荡频率是一个数字值返回。 该 ldc1000 支持广泛的 LC 组合, 振荡频率范围为 5kHz~5MHz 和 RP 的范围从

798 到 3.93mΩ Ω 。这一系列的 RP 可以被看作是一个最大的输入范 ADC。如图 11 所示,RP 的范围通常是一个比最大输入范围小得多, 通过 ldc1000 支持。在所需的感应范围内获得更好的分辨率,提供了 ldc1000 可编程输入范围通过 rp_min 和 rp_max 寄存器。指的是 RP min 和 RP 计算 讨论如何设置这些寄存器。 当传感器的谐振阻抗 RP 低于程序 rp_min, LDC 的反相输出将夹在满量程输出。 这种情况可以发生在目标靠近线圈。

谐振阻抗可以从数字输出代码如下计算: RP =(rpmax×rpmin)/(rpmin×(1-y)+ rpmax×Y) 图 13 和图 14below 表明 RMS 噪声随距离和直方图的噪声的变化,与 在从传感器线圈 0.8mm 距离目标。数据收集与 14mm PCB 线圈(23 圈,4 密 耳的痕迹宽度,间距 4mil 微量,1 盎司铜厚,FR4)的一个传感范围 1.125mm 0.125mm。在一个距离为 0.8mm,RMS 噪声是约 250nm。

电感测量: ldc1000 措施的一个频率计数器的振动传感器的频率。频率计数器定时 由一个外部时钟或晶体。无论是外部时钟(8MHz 的典型)从微控制器可以提供 在 tbclk 销或晶体可以被连接到 XTALIN 和 XTALOUT 引脚。时钟模式 通过控制时钟配置寄存器(地址 0x05) 。该传感器的谐振频率是来自 频率计数器寄存器的值(通过 0x25 看到寄存器 0x23)如下:

传感器的频率,fsensor =(1 / 3)×(FEXT / fcount)×(响应时间) 在远端串扰是外部时钟或晶体的频率,fcount 从频率得到的值 计数器数据寄存器(地址 0x23,0x24,0x25) ,和响应时间是编程的响应时间(参 见 LDC 配置寄存器,地址 0x04) 电感可以计算如下: L = 1 / [ C×(2×π * fsensor)*(2×π * fsensor)],

输出数据速率: ldc1000 输出数据的速率取决于传感器的频率,在发达国家 fsensor 和“响应时 间”字段配置寄存器(地址:0x04) 。 输出数据率=(fsensor)/(响应时间/3) ,样本每秒(SPS) 选择滤波电容器(CFA 和 CFB 引脚) 滤波电容的 ldc1000 操作的关键。电容器应采用低泄漏,温度稳定的,它必须不 产生任何压电噪声 (许多电容的介电材料具有压电任何这样的噪声耦合直接通过 反相到转换器的特性) 。最佳电容值的范围从 20pF 100nF。电容的值是基于常 数和共振的时间的 LC 谐振频率。 如果一个陶瓷电容器,然后 C0G(或 NP0)级介质的额定电压应推荐; 是≥10V。连接 CFA 和循环流化床的电容器的痕迹,应尽可能短,以尽量减少 寄生的。 为获得最佳性能, 选择滤波电容, 连接销 CFA 和流化床之间, 需要尽可能的小, 但足够大, 使得有源滤波器的不饱和的。这个电容的大小取决于传感线圈的时间 常数,这是由 L / RS,RS =(L =电感,串联电阻在振荡频率的电感) 。较大时 间常数越大,滤波电容是必需的。因此,这个时间常数达到最大时,在感应线圈 前没有目标。 下面的过程可以用来找到最佳的滤波电容: 1。从一个大的滤波电容器。对铁氧体磁芯线圈,10nF 通常是足够大的。一种空 气线圈或电路板线圈,100pF 通常是足够大的。 2。功率对 LDC,设置所需的寄存器的值。通过确保在减少涡流损失是目标和传 感线圈之间的最大间隙。 3。观察信号的使用范围 CFB 引脚。因为这个节点的电容负载是非常敏感的,它 是推荐使用有源探头。作为一种替代方法,一个 1KΩ 串联电阻的被动探 尖和 CFB 引脚之间可以用。 4。不同的滤波电容器的值之前,对 CFB 引脚信号振幅的观察近似 1V 峰。这个 信号尺度线性的滤波电容的倒数。为例如,如果一个 100pF 的滤波电容器应用 于循环流化床引脚观察信号的峰峰值价值为 200mV,所需的 1V 峰峰值使用 200mV / 1V 100pF = 20pF 滤波器得到*电容器。 下面的波形进行了用 14mm CFB 引脚, 2 层 PCB 线圈 (23 匝, 4 密耳线宽 4mil, 之间的间距的痕迹,1 盎司铜厚,FR4) :

可编程寄存器:

寄存器描述:

数字界面: 该 ldc1000 采用 4 线 SPI 接口的访问控制和数据寄存器。这是一个 SPI 的奴隶 ldc1000 装置和不启动任何交易。

LDC1000: 每个断言的芯片选择杆(CSB)开始一个新的寄存器的访问。在指挥领域的 R / WB 钻头配置访问的方向;0 值表示一个写操作和 1 值表示一个读操作。所有的 输出数据驱动的串行时钟(SCLK 下降沿) ,和所有的输入数据采样串行时钟的 上升沿(SCLK) 。数据写入寄存器在第十六时钟上升沿。它需要 deassert CSB 第十六钟后;如果 CSB 无效后第十六小时之前,没有写数据发生。 扩展 Spi 交易 一个事务可以通过保持 CSB 声称超过规定的 16 个时钟扩展到多个寄存器。 在这种模式下,注册地址自动递增。公务员事务局必须断言在 8 *(1 + N)个时 钟周期 SCLK 的,其中 n 是写或在交易中读取的字节数。一个扩展的读访问期 间,SDO 输出寄存器的内容每 8 个时钟周期后的最初 8 个钟的命令。在一个扩 展的写访问,数据写入寄存器每 8 个时钟周期在指挥领域最初的 8 个钟。扩展 事务可以用来读取 16 位数据和 24 位的频率接近的数据都在一个 SPI 通过启动 从寄存器中读取交易 0x21。 INTB 销模式: INTB 引脚是一个可配置的输出引脚可以驱动一个中断对 MCU。该 ldc1000 提供了三种不同的方式对 INTB 引脚: 1.比较器模式 2.唤醒模式 3.数据准备就绪模式 ldc1000 有一个建立在高和低的触发阈值寄存器可以作为一个比较器 可编程迟滞或一个特殊的模式,可以用来唤醒 MCU。这些模式的解释 下面的细节。

比较器模式

在比较器模式,INTB 引脚是断言或去断言寄存器的值增加,当接近阈值以上高 或低于阈值低寄存器分别。 在这种模式下,该 ldc1000 本质上表现为一种可编程 迟滞接近开关。 图 18。

唤醒模式: 在唤醒模式,INTB 引脚是断言当接近寄存器的值超过阈值高,去断言当唤醒模 式中禁用 INTB 销模式寄存器。这种模式可以用来唤醒 MCU 是睡着了,以节省 电力。

drdyb 模式:
在数据准备就绪模式(默认) ,INTB 引脚是断言的每一次转换的数据是可用的, 一旦读命令寄存器 0x21 注册内部;如果读的过程中,该引脚的脉冲则不是。


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