基于MSP430F2272单片机的多路光功率计的设计
当电池供电时，P沟道MOS管的的漏源极外接二极管导通，同时电源管理芯片LTC4412开始工作，使P沟道MOS管导通，工作于饱和区，把漏源压降降到20mV，此时电池给负载供电，即使外接电源掉电系统也可以正常工作。
当外接电源接通后，肖特基二极管导通，负载电压高于电池电压，LTC4412 SENSE引脚电压拉高，LTC4412关闭P沟道MOS管，使其工作于截止区，即使接有电池，负载电流也全部来自通过肖特基二极管的外接电源。此处不用硅二极管代替肖特基二极管，因为其正向导通压降(0．7V)大于肖特基二极管(0．4V)，会产生较大功牦，容埸发热。
在电池和外接电源之间接充电芯片LTC4002和对应电路，就实现了整个电源管理系统。设计中电池选用了7．4V 可充电锂电池组。外接电源适配器是8．4V，1A输出的AC-DC电源。当电池电量不够时外接电源通过LTC4002对电池充电并给负载供电。
2．2 信号采集
待测的光信号被光电探测器转换为电流信号本设计中探测器选用了武汉显升光器件公司的YSPD728 C6，可探测800～1700nm波长，最大强度+30dBm的光信号，具有较高响心度(0．85A／W)及低暗电流(1nA)的特性。
探测器转换出来的电流信号很小，一般是在uA甚至nA级，所以需要对其进行放大并转换为能够匹配后级A／D转换器的电压信号。AD8304是AD公司专为测量光功率而设计的对数放大器，能够在-40℃～+85℃范同内工作，具有160dB(100pA～10mA)的宽动态测试范围，1nA～1mA范围内的线性误差为0．1dB，静态电流只有约4．5mA，输出端有10MHz带宽的低通滤波器。使用时电流输入引脚和光电探测器输出引脚尽量靠近，以减少噪声引入。图3是A08304输入电流和输出对数电压的关系图。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/171289.htm
芯片的对数输出电压为：VLOG=VYlog10(IPD／IZ)其中VY为斜率电压，由图3可看出VY=0．2volt／decade，IPD是输入电流，IZ称为基准电流，是100pA的定值。
AD8304的对数输出VLOG和最后的输出VOUT之间有一级同相运放，可以根据不同的需要选择外接电阻得到适合的输出电压。需要说明的是VY和IZ也可以选择不同外接电阻进行调整。本设计中对数输出电压在0～1．6V范围内，符合后级A／D转换器的需要，故把同相运放接成电压跟随器的形式。
假设经过光电转换的电流信号IPD=100nA，经过对数放大器的输出电压为
VOUT=VLOG=0.2xlog10(100nA／100pA)=0．6V
2．3 A／D转换和数据运算处理
经过AD8304后，小电流信号变成相对较大的电压信号，这时就要送入A／D转换器进行模数转换。MSP430系列单片机很突出的一个特点就是片上集成了A／D转换器，使得很多数据运算处理都在片上进行，降低了功耗。MSP430F2272片上集成有10-bit 200kbps的逐次逼近A／D)转换器，内部可提供1．5V或2．5V参考电压，可选择转换时钟源，具有8个外部模拟输入通道。
基于以上配置本设计把8路电压信号直接接到单片机A／D转换模块的8个外部模拟输入通道，并设置了按键，按照查询方式动作选择哪一路模拟信号输入到A／D转换器，相当于做了一个多路选择开关。这样不仅省去了外部A／D转换芯片，也省去了多路复用器芯片，降低了系统功耗。
另外，根据光电探测器对不同波长光信号的响应度不同，系统也设置了相应功能按键通过软件设置选择不同的响应度进行片内数据处理。
2．4 液晶显示
为了把8路测试结果同时显示出来，本次设计选用了40x4字符型液晶。经过运算处理的信号被放到单片机P4口上送入液晶显示出来。
系统功耗最大的是液晶的LED背光，设计中单独选用了一个LDO转压芯片AMS1117-5并设置了开关，可以在能见度比较高的场合下手动关掉背光电源，尤其是在电池供电情况下，这样可以在电池供电情况下延长功率计的使用时间。
3 结束语
本设计基于单片机MSP430F2272，利用其片上集成具有8个外部模拟输入的A／D转换器实现了多路光信号功率的测量，同时在此基础上利用MSP430系列单片机的超低功耗特性选用LTC4412和LTC4002芯片及相应电路设计了电源管理系统，使系统可灵活选择供电方式。对数放大器AD8304的选用直接把微小电流信号转化为后级可用的电压信号，也是本设计的不同之处。经过测试，不开液晶背光的情况下系统总的电流消耗不超过50mA，功耗较低，可以满足一定精度的测试需求。
评论