基于ARM微处理器的电源监控模块的设计

　　0　引　　言

　　目前,PXI总线技术在测控领域发展非常迅速。PXI结合了PCI的总线电气特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性,是测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台[1]。在PXI测控系统的研制中,对供电电源的监控起着至关重要的作用,对电源进行监控可以防止因为电源突然出现异常而对产品造成灾难性破坏。在进行监控时,监控模块和被控电源在电气上是全隔离的,因此模块内隔离电路的设计就显得尤为重要。本文期望以PXI总线技术为出发点,阐述基于ARM微处理器的电源监控模块的设计方法,希望提出一套通用的具有一定借鉴意义的开发方案。

　　1　设计方案

　　基于ARM微处理器的电源监控模块具有电压电流采集和控制被控电源通断的功能,主要由图1所示的几个部分组成。继电控制电路负责被控电源与产品之间的通断;电压信号调理和I/V转换负责将电源电压及流过产品的电流值转换为适合A/D转换器输入的量值;模拟隔离电路实现被控电源和模块的模拟隔离;控制逻辑根据A/D采样的结果负责控制继电控制电路。

　　1.1　PXI接口设计

　　PXI总线接口的设计可以采用FPGA或者专门的桥接芯片来实现。采用FPGA的方式使得接口变得灵活,并且可以把一些用户逻辑放入其中,节省了器件和电路面积;采用桥接芯片可以快速实现设计,但是接口不够灵活,一般还需要额外的接口转换电路。

　　模块的PXI电气信号和PXI机箱背板连接器的电气信号连接时一定要进行阻抗匹配和抗干扰设计。因此,给PXI底板上的所有电源都提供了一个0.1μF的陶瓷电容进行去耦。为了满足阻抗匹配,每个PXI总线信号串接一个10Ω电阻,从而使得模块上的PXI信号对底板的影响降到最小[3]。

　　1.2　A/D的电路设计

　　采用何种器件进行A/D转换应该由具体的精度和速度要求来决定。一般的嵌入式微处理器都集成了多路A/D转换器,例如LPC2200系列微处理器内部集成8路10位A/D转换器。在精度和速度要求不高的情况下完全可以采用ARM内部集成的A/D进行采样。在精度要求较高的情况下必须采用专门的A/D器件,例如AD7864,它是高速12位A/D转换器,可以同时采样4个输入通道,并具有4个采样、保持放大器。AD7864的控制总线是标准的异步并口总线结构,因此可以直接挂接在ARM的系统总线上,其他的一些控制引脚可以连接到ARM的GPIO上。模拟地和数字地可以采用单点共地的方式,在共地点上串接一个磁珠或者0Ω电阻。在对速度要求非常高的情况下,则必须采用多片A/D器件组成交织采样系统[6]。

　　1.3　继电控制电路的设计

　　继电控制电路的设计如图2所示,控制通断信号Control由ARM的GPIO引出,通过限流电阻连接到NPN三极管Q1的基极,控制Q1的集电极输出,从而控制5 V转5 V隔离DC-DC的输入端电压;隔离DC-DC的输出端和一个N沟道的MOSFET相连,正端接场效应管的栅极,负端接场效应管的源极,因此DC-DC可以在其源极和栅极之间加一个偏置电压,去控制源极和漏极之间的电流通断;将被控电源的电流输入端连接到场效应管的漏极,被控电源的电流输出端连接到场效应管的源极,从而实现了电源的通断控制。