Напряжение с источника образцового напряжения запоминается на конденсаторе, позволяя выводу микроконтроллера выполнять другие операции.
Для питания источника образцового напряжения обычно используется источник питания микроконтроллера. В критичных к потребляемой мощности приложениях с батарейным питанием, постоянная утечка тока, даже если она составляет всего десятки микроампер, может оказаться критической. В данной ситуации требуется использование вывода микроконтроллера для отключения источника образцового напряжения. При добавлении конденсатора небольшой емкости, порядка 0.1 мкФ, параллельно источнику образцового напряжения и простейшего фрагмента программного кода который можно загрузить из онлайн-версии данной дизайн-идеи, можно приспособить один и тот же вывод микроконтроллера, как для питания источника образцового напряжения, так и для считывания с него значения образцового.
Необходимо подключить источник образцового напряжения, как это показано на рис.1, и программно сконфигурировать вывод VREF (образцовое напряжение) PIC-микроконтроллера, производства компании Microchip, как включенный выход. Через, примерно, 300 мкс, напряжение на конденсаторе стабилизируется на уровне 1.225 В.
При подаче напряжения на стабилитрон ZXRE4041 может наблюдаться начальный выброс напряжения. Затем, вывод реконфигурируется, аналоговый вход для источника образцового напряжения АЦП. Образцовое напряжение быстро падает на 20 мВ, в течение следующих 50 мкс после отключения стабилитрона ZXRE4041. С конденсатором, емкостью 0.1 мкФ, напряжение в дальнейшем будет продолжать медленно падать на 60 мВ каждые 2 мс из-за утечки. Несмотря на то, что падение напряжения происходит по экспоненциальному закону, процесс является настолько медленным, что, для практических целей, на таких малых промежутках времени зависимость можно рассматривать как линейную.
Кроме того, можно считать, что АЦП в процессе преобразования потребляет от источника образцового напряжения ток через резистор, сопротивлением 10 кОм, вызывая дополнительное уменьшение напряжения. Хотя компания Microchip не нормирует в своей документации это уменьшение напряжения, проверка показала, что его значение составляет для некоторых микросхем 80 мВ, что, после вычислений, дает значение тока порядка 6.67 мкА. Используя внутренний тактовый генератор на частоту 4 МГц и задавая частоту тактирования АЦП как системную, деленную на 16, для работы при минимальном напряжении, получим время преобразования равным 45 с.
Эта операция будет немного разряжать конденсатор, но уменьшение напряжения при таком разряде составит всего лишь 2 или 3 мВ. Вычисления разности начальных и использованных ватт-секунд дает еще более маленькое значение. Вычитание этих фиксированных, повторяющихся потерь из начального значения напряжения стабилизации 1.225 В дает новое значение величины образцового напряжения 1.225ВОбр - 0.020 В падение при закрывании стабилитрона - 0.080 падение за счет утечки = 1.145 В.
Допуская значение времени аналого-цифрового преобразования равным 75 мкс, запомним это значение, и установим следующее преобразование в следующем канале. 11 преобразований приведут к уменьшению значения образцового напряжения на 22.5 мВ – то есть 10 преобразований × 75 мкс × (60 мВ/2000 мкс). Эта ошибка составит всего 1.9% по сравнению с результатом первого преобразования.
Если имеется необходимость в приблизительном значении напряжения, например, для потребительских товаров, то чтобы предупредить о снижении напряжения питания вместо стабилитрона ZXRE4041 можно использовать светодиод. Нужно всего лишь уменьшить сопротивление резистора R1 до значения 300 Ом, чтобы обеспечить достаточный для его зажигания ток. Хотя светодиод имеет меньшую температурную стабильность, чем специализированная микросхема источника образцового напряжения, температурные изменения могут оказаться вполне приемлемыми, поскольку большинство бытовых устройств используется в комфортном для человека температурном диапазоне.
Если светодиод уже является частью системы, то стоимость решения будет определяться только стоимостью программного обеспечения. При использовании подобной техники, светодиод может теперь выполнять функцию индикатора состояния, фотодетектора, и источника образцового напряжения и переводиться в выключенное состояние с использованием только программного обеспечения для реконфигурирования вывода микроконтроллера.
