高性能、低功耗太阳能衡器SoC方案

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  • 废旧电池对人类生存环境的威胁已经成为社会共识,通过降低功耗来减少电池使用量正在成为很多电子产品企业的选择。随着太阳能电池技术进步和低功耗半导体设计技术的发展,太阳能电池替代传统电池的应用逐渐出现。本文将介绍基于低功耗CSU11系列衡器SoC芯片的太阳能电子秤设计方案。

    低功耗太阳能衡器设计要点

    对于使用传统电池供电的衡器产品而言,通常受体积和成本限制,如果采用太阳能电池板,其面积必然有限,从而限制了太阳能电池板的供电电量。此外,太阳能电池板发电量低(室内μA级),并存在随着光线强度的差异电流不稳定的问题。因此,使用太阳能电池板供电的衡器解决方案需要解决以下问题:增加储能电路,让太阳能电池板发出的电量储存起来(在200流明下,一般只能提供几十μA电流);降低功耗,整机关机和工作电流分别均需在nA、μA级。

    电子衡器耗电量大的主要是传感器、ADC、MCU三大块。为此,通常的解决方案需要采用以下方法来实现整体低功耗特性:对传感器采用间歇供电或脉冲供电来降低传感器用电功耗;采用高阻应变传感器;提高ADC输出速率,减少每次采样时间从而降低采样功耗;提高ADC有效位,以在高速下保证衡器精度;提高SoC运行速度以降低每MHz的功耗;降低LCD驱动电路功耗;提高集成度,减少外围器件。

    芯海科技推出的高精度24位ADC芯片CS1242填补了国内中高端电子衡器芯片领域的空白。在满足高精度需求的同时,该公司针对当前低功耗应用的发展趋势,推出了具有极佳低功耗特性的CSU11系列衡器SoC芯片,最大的优势是同时满足了自动上秤人体秤、太阳能人体秤对低功耗的要求,以及口袋秤对高精度的要求。该系列产品综合考虑了上述低功耗设计因素,实现了极佳的低功耗特性,利用CSU11系列SoC设计的自动上秤人体秤,平均待机功耗可以低至3μA以下,太阳能人体秤称重电流20μA以下,口袋秤分度可以达到三万分之一。

    CSU11系列SoC集成了8位RISC MCU,4K*16 OTP(可作为用户数据PROM)、256 RAM、4*18 LCD,以及16个I/O口(除了这16个I/O口外,所有的“Seg”口均可复用为输出,令IO总数最多达到26个),双通道高速、高精度ADC,最高数据输出速率为16kHz(精度为12位,增益为32),最高精度达到18位(增益为128,速率为32Hz)。为了能够在一个芯片上同时满足低功耗和高精度的要求,CSU11系列SoC还提供了“功耗-精度-速度”相互平衡的选项,即用户可以通过配置较低的ADC工作电流来实现低功耗,但此种情况下线性度较差,只能够用于5000点以下的秤,也可以配置较大的工作电流来实现30,000分度的精度和线性度,为方案工程师进行多种类型的方案开发提供便利,只需要在配置上稍作改动,就可以满足不同的市场需求。

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