СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №5/2014

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 66 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2014 При типовой температуре T a = 25 ° C 0,2 0,15 0,1 0,05 0 190 400 600 800 Длина волны, нм Фоточувствительность, А/Вт λ – длина волны, нм S( λ ) rel – относительная спектральная чувствительность 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0 350 550 750 950 1150 а б При типовой температуре T a = 25 ° C и при полном освещении кристалла Уровень освещенности, лк Выходной ток, А 10 –16 10 –14 10 –12 10 –10 10 –8 10 –6 10 –4 10 –2 10 –0 RL = 100 Ω 10 16 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 10 0 через разъём X1. Потребляемый ток не превышает 100 мА. Напряжение внеш- него источника должно иметь уровень пульсаций, не превышающий несколь- ких милливольт. Дополнительную фильтрацию помех по питанию обе- спечивает НЧ-фильтр (C7, L1, C8, C9). Катушка L1 представляет собой ферри- товое кольцо (размеры некритичны), обмотанное несколькими витками тол- стого одножильного медного провода (взята из старой материнской платы ПК). Напряжение с выхода стабили- затора DA5 используется для питания ИОН DA7, а также поступает на вход вторичного стабилизатора напряже- ния DA6 (+3,3 В), питающего цифровую часть МК (DVDD). Для питания анало- говой части МК (AVDD), напряжение с выхода DA6 дополнительно пропу- скается через НЧ-фильтр (L2, R13, C14, C15). Катушка L2 представляет собой проводник, продетый сквозь феррито- вую бусинку или кольцо. Аналогичный НЧ-фильтр используется в цепи пита- ния микросхемы ИОН DA7. Цифровые компоненты устройства сгруппированы на плате управляюще- го контроллера отдельно от аналого- вых. Они расположены таким образом, чтобы цифровые «земляные» (возврат- ные) токи не протекали вблизи анало- говых «земляных» токов. Сам МК DD1 установлен посередине между цифро- вой и аналоговой частями платы. Един- ственная шина заземления выполнена в виде сплошного проводящего слоя (металлическое шасси). На принци- пиальной схеме (см. рис. 3) этой шине соответствует точка соединения ана- логовой и цифровой земель GND. С этой шиной максимально коротки- ми и толстыми проводниками соедине- ны общие провода всех стабилизаторов напряжения. Заметим, что микросхема ADUCM360 имеет только аналоговую землю AGND (вывод16 DD1), а циф- ровой землёй (DGND) является метал- лическая основа подложки кристалла, которая на рисунке 3 обозначена как PADDLE (вывод 49 DD1). Подключения цепей МК к земляной шине выполне- ны короткими проводниками большого сечения. Это же относится к проводни- кам, соединяющим выходы ИОН DA7 с входами подключения внешнего ИОН МК VREF+, VREF– (выводы 14 и 15 DD1). Линиями входных напряжений в схе- ме управляющего контроллера являют- ся аналоговые входы AIN0, AIN1 (выво- ды 8 и 9 DD1), снабжённые внешними фильтрующими RC-цепочками (R17, C19, R18, C20). В управляющей програм- ме МК эти линии сконфигурированы как несимметричные аналоговые вхо- ды со вторым проводом в паре – анало- говой землёй AGND. Пара светодиод HL2 – фотодиод HL1 образует UV-оптический канал. Преоб- разователь ток-напряжение для этого канала выполнен на ОУ DA3. Пара све- тодиод HL4 – фотодиод HL3 образует RGB-оптический канал, преобразова- тель ток–напряжение которого постро- ен на ОУ DA4. На схеме рисунка 3 оси оптических каналов обозначены штрихпунктирными линиями. Фото- диоды HL1 и HL3 должны быть соеди- нены с входами соответствующих ОУ максимально короткими проводника- ми. Это же требование распространя- ется и на другие элементы обвязки ОУ. Для улучшения помехозащищённости рекомендуется дополнительно экрани- ровать ОУ вместе с фотодиодами. Выхо- ды ОУ должны быть соединены с ана- логовыми входами АЦП МК коротки- ми экранированными проводниками. В качестве HL1 в UV-канале использу- ется GaP-фотодиод G1962 [3], работаю- щий в диапазоне длин волн 190…550 нм с пиком чувствительности вблизи 440 нм (см. рис. 5а). В качестве HL1 можно также использовать фотодио- ды G1961, G1963, G5842 и другие при- боры на основе GaAsP и GaP, имеющие достаточную чувствительность на дли- не волны около 400 нм. Возможно так- же использование кремниевого фото- диода BPW20RF [4], работающего в диа- пазоне длин волн 400…1100 нм с пиком чувствительности около 920 нм, одна- ко в этом случае возможно появление дополнительной погрешности из-за внешней засветки в видимой области. В качестве HL2 в UV-канале исполь- зуется ультрафиолетовый светоди- од ARPL-1W UV400 [5], генерирующий в диапазоне длин волн 395…405 нм. Его максимальная мощность (предельно допустимый прямой ток 350 мА при падении напряжения 3,2…3,6 В) в дан- ном приложении является избыточной. Возможно применение и других, менее мощных светодиодов с соответствую- щей спектральной характеристикой и рабочим током порядка 40 мА. То же самое относится к оптическому RGB- светодиоду ARPL-3WRGB [4] HL4 во вто- ром оптическом канале. В качестве HL3 в оптическом RGB- канале используется кремниевый фо- тодиод BPW20RF (см. рис. 5б). Мож- но использовать фотодиоды BPW21R, BPW34 и аналогичные по спектраль- ным параметрам. На рисунке 6 приведена зависимость выходного тока фотодиода G1962 от степени его освещённости [3]. Для ука- занного на схеме рисунка 3 номина- ла сопротивления обратной связи ОУ DA3 (3 МОм) с учётом того, что выход- ное напряжение ОУ не должно превы- шать опорное напряжение АЦП (3 В), и заявленного разрешения измерите- Рис. 5. Характеристика зависимости фоточувствительности от длины волны: а – для фотодиода G1962; б – для фотодиода BPW20RF Рис. 6. Зависимость выходного тока фотодиода G1962 от освещённости © СТА-ПРЕСС