ZHCU685C July   2019  – March 2021

 

  1.   说明
  2.   资源
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1系统说明
    1. 1.1 主要系统规格
  7. 2系统概览
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
    3. 2.3 主要产品
      1. 2.3.1 TPS63900：具有 75nA 超低静态电流和 400mA 输出电流、输入电压为 1.8V-5.5V 的降压/升压转换器
      2. 2.3.2 TPS610995：具有 400nA 超低静态电流和 1A 峰值电流、输入电压为 0.7V 的同步升压转换器
      3. 2.3.3 TPS62840：具有超低静态电流消耗的 750mA 同步降压转换器
    4. 2.4 系统设计原理
      1. 2.4.1 电池电量计 BQ35100
      2. 2.4.2 系统内电流监测
        1. 2.4.2.1 两个电流范围的电阻器值计算
        2. 2.4.2.2 LPV521 增益计算
        3. 2.4.2.3 使用 TINA-TI 进行电流范围仿真
        4. 2.4.2.4 TIDA-01546 固件中的主要 ADS7142 寄存器设置
          1. 2.4.2.4.1 ADS7142 采样率
      3. 2.4.3 u-blox 的 NB-IoT 模块
      4. 2.4.4 Quectel 的 NB-IoT 模块
  8. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 所需硬件
      1. 3.1.1 测试 TIDA-010053
      2. 3.1.2 TPS62840 子系统
      3. 3.1.3 TPS610995 子系统
      4. 3.1.4 软件
    2. 3.2 测试和结果
      1. 3.2.1 测试设置
      2. 3.2.2 测试结果
        1. 3.2.2.1 使用 TPS62840 降压转换器的测试结果
        2. 3.2.2.2 使用 TPS610995 升压转换器的测试结果
        3. 3.2.2.3 使用 TPS63900 降压/升压转换器 NB 的测试结果
        4. 3.2.2.4 总结
  9. 4设计文件
    1. 4.1 原理图
    2. 4.2 物料清单
    3. 4.3 PCB 布局建议
      1. 4.3.1 布局图
    4. 4.4 Altium 工程
    5. 4.5 光绘文件
    6. 4.6 装配图
  10. 5软件文件
  11. 6相关文档
    1. 6.1 商标
  12. 7术语
  13. 8关于作者
  14. 9修订历史记录

2.2 设计注意事项

TIDA-010053 参考设计结合了 TPS62840（降压转换器）、TPS63900（降压/升压转换器）和 TPS610995（升压转换器）。负载可以是连接到蜂窝网络的 NB-IoT 模块，也可以是模拟负载分布的电子负载。降压/升压器件和升压器件支持单节 LiMnO2 原电池配置，而降压器件支持采用两节串联原电池的用例。

智能电表应用中存在多种约束，这将影响对电源架构的选择。智能水表、热量计或冷量计以及用于机械流量计的附加射频模块实际上通常受到尺寸限制（对于水表，请参阅标准文档 EN1434；对于热量计，请参阅 EN4064）。这些仪表中的大多数由单节原电池供电，例如，如果在 868MHz 工业、科技、医疗 (ISM) 未经许可的 频带使用 wM-Bus 射频协议 (EN13757) T 或 C 模式进行数据通信，则具有 1–2Ah 容量且支持射频功能的电子附加模块可实现至少 5-6 年的寿命。

新型 NB-IoT 通信模块提供与现有 Sub-1GHz 射频解决方案类似的机械尺寸和 PCB 尺寸，但能够提供更大的覆盖范围，这是以更高的平均功耗为代价的，同时在经许可的移动网络 频带中使用更高的发射功率。

移动网络由移动运营商控制（包括严重影响 NB-IoT 模块功耗的节能功能），因此几乎无法预测智能电表或任何其他物联网产品内 NB-IoT 模块的电池寿命。

该参考设计为该难题提出了解决方案，即通过使用专用器件（如在 TIDA-01546 设计中实现的 BQ35100）测量电池消耗量。通过集成 BQ35100 电池电量计器件，可以在系统内精确测量 LiMnO2 电池的运行状况 (SOH) 并通过 NB-IoT 网络无线报告 SOH 值。通过 BQ35100 器件更新 SOH 状态大约需要一秒钟，并且更新的频率很低，例如在开始使用一节全新的原电池时在几周甚至几个月后才更新一次，以节省能源。可以根据一种算法来连续调整随后的 SOH 更新周期，该算法考虑了预期的电池消耗量并将其与测量的 SOH 数据相关联，请参阅Topic Link Label3.2.2.1。

为了获得最高的 SOH 精度，TI 建议仅在用于射频传输的高电流脉冲发生后经过足够的弛豫时间后，才使用 BQ35100 器件测量电池。例如，BQ35100 电池电量计器件在用于 NB-IoT 数据传输的最后一个电流脉冲后 10 分钟启用，但可以将 10 分钟延迟周期编程为任何合适的值。TIDA-01546 设计中的 ADS7142 系统运行状况监视器用于检测高电流脉冲，应用在等待适当的电池弛豫时间之后再执行 SOH 测量。