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

1 系统说明

配备电池电源的智能公用事业计量表（包括燃气表、水表和热量计）为如下各种无线通信技术带来了重要的市场机会：Sub-1GHz、BLE、NB-IoT 等。采用这些技术时，设计人员必须考虑一些权衡问题，以选择适当的协议。例如，Sub-1GHz 可实现高达 1600m 的传输距离，数据速率最高可达 500kbps。这些规格非常适合楼宇中的计量、烟雾探测器或温度传感器等应用。然而，当需要更大的吞吐量时，频率更高的协议可能更佳，例如 BLE，该协议可以在 2.4GHz 频段下支持 200m 至 400m 的距离 (LR)，吞吐量上限为 2Mbps。BLE 旨在实现超低功耗，它能够在由一节纽扣电池供电的情况下持续工作数年。从无线键盘到心率监测仪，应用非常广泛，因而是最广泛使用的无线技术。

该设计着重于 NB-IoT，该协议声称可以确保在楼宇内部实现可靠连接。NB-IoT 在城市环境中可实现 1km 的传输距离，吞吐量峰值为数十 kbps。NB-IoT 宣传的其他特点包括低器件单位成本、更高的室外和室内渗透覆盖率（与现有广域技术相比）、安全的连接、强大的身份验证以及简化的网络拓扑和部署。与所有现有的 LPWA 技术相比，后者似乎是一个主要优势，所有这些技术都需要安装和维护专有的射频网络，包括多个数据收集器或数据集中器器件，或两者兼而有之。

窄带物联网 (NB-IoT) 是一种基于第三代合作伙伴计划 (3GPP) 标准的低功耗广域 (LPWA) 技术，该技术使用获得许可的频谱并且可以与 3G 和 4G 蜂窝网络共存。NB-IoT 部署正在欧洲和北美进行，多家运营商推出了智能设备服务，例如车辆、互联医疗保健监视器、可穿戴设备、智能仪表、资产跟踪等。NB-IoT 不等于一些美国移动运营商使用的 LTE CAT-M（也被称为 LTE-M）物联网技术，因为 NB-IoT 是一个单独的网络，而不是运营商现有 LTE 网络的一部分。传感器网络的广泛可用性为几乎所有业务领域（包括工业运输和物流、工业自动化和公共部门）的创新且具有成本效益的 NB-IoT 解决方案铺平了道路。

3GPP 标准化蜂窝 LPWA 解决方案的主要优势在于得到了现有庞大生态系统的支持，因此可以更快地实现部署和扩展，并且拥有一个监管机构来执行标准并控制供应商和移动运营商之间的互操作性。3GPP 在其规范的版本 13 和版本 14 中提及支持该 LPWA 标准。

选择一种无线技术（此处为 NB-IoT）之后，必须研究电源要求以选择合适的电池架构。如果设计人员决定使用单节 LiMnO2 原电池作为其电源，则需要使用升压配置来保持电池电压（例如 3.3V），在整个寿命期间，该电池的电压将在 3.2V 和 2.0V 之间变化。或者，在选择两节串联电池后，必须使用降压转换器。使用降压转换器将使两节串联电池的电压降至无线模块指定的值。使用 1 芯或 2 芯配置之间的主要权衡是成本和尺寸与电池寿命。本参考设计对 1 芯和 2 芯配置都进行了探讨。