ZHCA994B December   2019  – October 2024 MSP430FR2310 , MSP430FR2311 , MSP430FR2353 , MSP430FR2355

 

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设计目标

输入 输出 BW 电源
IiMin IiMax VoMin VoMax fp Vcc Vee
0A 30µA 0.2V 3.2V 10kHz 3.3V 0V

设计说明

某些 MSP430™ 微控制器 (MCU) 包含可配置的集成信号链元件,例如运算放大器、DAC 和可编程增益级。这些元件组成了一个称为智能模拟组合 (SAC) 的外设。有关 SAC 的不同类型以及如何利用其可配置模拟信号链功能的信息,请查看 MSP430 MCU 智能模拟组合 视频。要开始设计,请下载 MSP430 跨阻放大器电路设计文件

跨阻运算放大器电路可以将输入电流源转换为输出电压。电流到电压的增益基于反馈电阻。当输入电流发生变化时,该电路可在输入源两端保持恒定的电压偏置,此特性对许多传感器都很有用。MSP430FR2311 中跨阻放大器 (TIA) 模块的特性使其特别适合用于此功能;然而,此电路也可以通过 MSP430FR2311 或具有额外内置 DAC 和 PGA 功能的 MSP430FR2355 来实现。这些集成放大器的输出可以直接通过片上 ADC 采样或通过片上比较器进行监测,以在 MCU 内部进行进一步处理。

设计说明

  • 具有低输入偏置电流的运算放大器可减少直流误差。
  • 可以向同相输入添加偏置电压,从而得到 0A 输入电流的输出电压。MSP430FR2355 SAC_L3 中的集成 12 位 DAC 可以用于实现此目的。
  • 在线性输出电压摆幅(请参阅 Aol 规格)内运行,从而更大限度地降低非线性误差。
  • 如果该解决方案是通过 MSP430FR2311 实现的,则该电路可以由跨阻放大器 (TIA) 模块或 SAC_L1 实现。
  • 如果该解决方案是通过 MSP430FR2355 SAC_L3 实现的,则应将运算放大器配置为通用模式。
  • MSP430 跨阻放大器电路设计文件 包含展示如何正确初始化外设的代码示例。

设计步骤

  1. 选择增益电阻器。
    R 1 = V oMax - V oMin I iMax = 3 . 2 V - 0 . 2 V 30 μA = 100
  2. 选择满足电路带宽要求的反馈电容器。
    C 1 1 2 × π × R 1 × f p
    C 1 1 2 × π × 100 × 10 kHz 159 pF 150 pF  (Standard Value)
  3. 计算使电路保持稳定所必需的运算放大器增益带宽 (GBW)。
    GBW > C in + C 1 2 × π × R 1 × C 1 2 > 7 pF + 150 pF 2 × π × 100 × ( 150 pF ) 2 > 11 . 10 kHz

设计仿真

直流仿真结果

交流仿真结果

设计参考资料

  1. 德州仪器 (TI),MSP430 跨阻放大器,代码示例和 SPICE 仿真文件
  2. 德州仪器 (TI),MSP430FR2311 具有 3.75KB FRAM、运算放大器、TIA、具有 DAC 的比较器、10 位 ADC 的 16MHz 集成模拟微控制器,产品页面
  3. 德州仪器 (TI),MSP430 MCU 智能模拟组合,视频

设计特色运算放大器

MSP430FR2311 跨阻放大器
Vcc 2.0V 至 3.6V
VCM -0.1V 至 VCC/2V
Vout 轨到轨
Vos ±5mV
AOL 100dB
Iq 350µA(高速模式)
120µA(低功耗模式)
Ib 5pA(TSSOP-16,带 OA 专用引脚输入)
50pA(TSSOP-20 和 VQFN-16)
UGBW 5MHz(高速模式)
1.8MHz(低功耗模式)
SR 4V/µs(高速模式)
1V/µs(低功耗模式)
通道数量 1
MSP430FR2311

设计备选运算放大器

MSP430FRxx 智能模拟组合
MSP430FR2311 SAC_L1 MSP430FR2355 SAC_L3
Vcc 2.0V 至 3.6V
VCM -0.1V 至 VCC + 0.1V
Vout 轨到轨
Vos ±5mV
AOL 100dB
Iq 350µA(高速模式)
120µA(低功耗模式)
Ib 50pA
UGBW 4MHz(高速模式) 2.8MHz(高速模式)
1.4MHz(低功耗模式) 1MHz(低功耗模式)
SR 3V/µs(高速模式)
1V/µs(低功耗模式)
通道数量 1 4
MSP430FR2311 MSP430FR2355