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充电时间测量单元(CTMU Charge Time Measurement Unit) 简介
 

【作者: 張錦城】2018年02月21日 星期三

浏览人次:【5269】
  

充电时间测量单元是一个灵活的类比模组,在许多的PIC18F及PIC24F 系列的单晶片都有提供此单元,它提供定值的电流源,由数位电路精确地控制模组的操作如(图一)所示,模组内的恒流电流源具有0.55uA、 5.5uA和55uA 三个基本值,在每个基本值的基础上可再按2% 的步幅进行微调,最大范围可被调制至各个基本值的+/- 62%。


此外通过外部或内部的触发源触发,CTMU可量测脉冲源之间的时间差测量,其测量分辨率可测量至纳秒等级的时间差,并可产生精确的延时输出。


CTMU 搭配晶片上的A/D 转换器及比较器等类比模组一起使用,可以达成精确测量时间、电感的相对变化、及电容、电阻相对和绝对变化的测量等基本功能。


充电时间测量单元的方块图如下所示:



图(一) CTMU BLOCK DIAGRAM


此模组具有主要特性如下:


  • 最多16 路通道,可用於电容或时间测量输入

  • 提供精确电流源

  • 4 个边沿输入触发源

  • 每个边沿源的极性控制

  • 边沿序列控制

  • 控制对边沿的回应

  • 高精度时间测量

  • 与系统时钟非同步外部或内部信号的延时

  • 与A/D 转换器配合工作

  • 根据具体器件和可用的A/D 通道数,最多可提供16 路通道用於时间或电荷测量。如果设置为产生延时,那麽CTMU连接到其中一个类比比较器。 电平敏感输入边沿源可以从4个源中选择: 两个外部输入、Timer1 或输出比较模组1。 关於可用输入源的具体器件资讯,请叁见相关的资料手册。


    CTMU的工作原理可基於模组本身提供定值电流源的条件下利用以下公式来做为应用基础:


      I x T = C x V


  • 公式中的I是CTMU 本身提供的定值电流源的电流值以安培为单位

  • T是CTMU对电路上的电容充电的时间,单位为秒

  • C是被定电流充电以法拉为单位的电容

  • V 是从A / D转换器所读出的电压值,单位为伏特

  • CTMU的工作方式是使用固定电流源来对电路进行充电,电路的类型取决於要进行的测量的类型。


    在进行电荷测量的情况下,电流是固定的,向电路施加电流的时间也是固定的,只要通过A/ D测得电压就可以测得电路的电容。在进行时间测量的情况下,电流和电路的电容都是固定的,这种情况下,由A / D读取的电压可以代表从电流源开始对电路进行充电到停止充电经过的时间。


    如果CTMU用於产生延时,那麽电容和电流源,以及向比较器电路提供的电压都是固定的,信号的延时由将电压充电到比较器门限电压所需的时间决定。


    上述基础型态可以被扩展於多种复杂的应用举例如下


  • 时间测量

  • TDR 电缆长度测量

  • 时差测量(超声波)


    流量


    距离


  • 电容测量(相对)

  • 电容触摸

  • 接近(Proximity)

  • 电容测量(绝对)

  • 湿度或其它电容传感器

  • 电容计

  • 电阻测量

  • 传感器

  • 电感测量

  • 流量计

  • LCR 测量仪

  • 温度测量

  • 自动调温器

  • 总和以上的结论, 我们可知PIC MCU的CTMU 模组所提供的定电流源,其应用范围是非常广泛的,读者除了可叁考下列连结所提供的48种应用介绍,更期??能进而激发出无限的应用可能。


    http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/CTMU%2001375a.pdf


    作者 张锦城 Microchip应用工程师


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