探索 “DAQ on a Stick，Renesas应变计” 参考设计

在电子设计领域，应变计数据采集（DAQ）系统是一个重要的研究方向。今天，我们将深入探讨Intersil公司的 “DAQ on a Stick，Renesas应变计” 参考设计，它为应变计数据采集提供了一个完整且便捷的解决方案。

文件下载：ISLRE-BDGSTKEV2Z.pdf

一、参考设计概述

“DAQ on a Stick，Renesas应变计” 是Intersil一系列参考设计之一，旨在展示Intersil的精密产品与不同微控制器的结合。这个参考设计是一个独立的演示，使用Intersil的部件和Renesas微控制器构建了一个完整的信号链解决方案，并方便地封装在USB棒形式中。它通过USB端口供电，并使用图形用户界面（GUI）显示来自桥式应变计或用户提供传感器的实时电压读数。

二、硬件组成

该设计使用了多个Intersil的关键部件和Renesas的微控制器，具体如下：

1. ISL28134斩波放大器：是应变计设计输入放大器的理想选择。它采用自动校正电路，提供超低失调电压（2.5V）和低失调温度漂移（15nV/°C）。极低的1/f噪声角<0.1Hz和低输入噪声电压（8nV/Hz @ 100Hz）使其非常适合需要高增益和低噪声的低频精密应用。此外，它还具有宽增益带宽和轨到轨输入/输出摆幅。
2. ISL22316数字控制电位器（DCP）：是一种低噪声、低功耗的I²C总线128抽头DCP。它可以作为三端电位器或两端可变电阻，应用于控制、参数调整和信号处理等多种领域。
3. ISL43741差分多路复用器：是一种精密、双向、差分4通道多路复用器/解复用器。它可以在单+2V至+12V电源或±2V至±6V电源下工作，在VS = ±5V时具有低电荷注入（最大1pC）。
4. ISL21010 4.096V电压基准：是一种精密的4.096V、低压差微功耗带隙电压基准，提供±0.2%的准确参考。它能够提供高达25mA的输出电流，压差低至150mV。低电源电流、低压差和高精度使其成为精密低功耗应用的理想选择。
5. ISL26102 24位Δ - Σ转换器：是一个完整的模拟前端，具有双差分复用输入，用于高分辨率测量。它采用三阶调制器，可提供高达21.4位的无噪声性能（10Sps）。24位Δ - Σ模数转换器包括一个可编程增益的低噪声放大器。尽管此应用演示使用了输入缓冲放大器（ISL28134），但ISL26102的高输入阻抗允许直接连接传感器，如称重传感器电桥，以确保在不使用缓冲放大器的情况下达到指定的测量精度。
6. Renesas R5F10JBC微控制器：作为整个系统的控制核心，负责处理数据和与GUI进行通信。

三、使用步骤

1. 软件和驱动安装

在将ISLRE - BDGSTKEV2Z评估板连接到USB端口之前，需要在运行Windows NT/2000/XP/Vista/Win7/Win 8操作系统的PC上安装GUI软件和USB驱动。可以从Intersil网站（http://www.intersil.com/en/tools/referencedesigns/Renesas - strain - gauge - reference - design.html）下载软件和操作演示的快速视频。

2. 加载软件

点击 “Renesas DAQ on a Stick Software” 链接加载可执行文件，然后按照屏幕上的说明完成软件安装。安装程序会将用户界面软件放置在 “C:Program Files IntersilRenesasSGDAQonStick” 目录中。如果需要在桌面上创建快捷方式，可以在软件安装过程中勾选 “Create A Desktop Icon” 选项。安装完成后，勾选 “Launch Intersil Renesas DAQ on Stick” 选项，然后点击 “Finish” 按钮启动应用程序。

3. 运行评估软件

软件安装完成后，将ISLRE - BDGSTKEV2Z板插入计算机的USB端口，然后点击桌面上创建的Intersil DAQ快捷方式。此时，DAQ on a Stick板上的绿色LED应该亮起。软件启动后，会出现DAQ启动屏幕。如果DAQ on a Stick已连接，USB状态指示器将显示 “Connected 0x2032”，这表明软件正在与板进行通信。如果未连接或演示存在问题，将显示 “HID Device Not Found” 消息，此时可以点击 “Test USB Connection” 按钮尝试恢复连接，或者尝试断开并重新连接设备，或重启软件。

4. 连接传感器

该参考设计为用户提供了两种选择：测量箔式应变计（评估板附带）或连接自己的传感器并在GUI屏幕上监控电压读数。用户可以在启动屏幕底部点击相应的单选按钮选择 “Sensor Supplied with the Demo” 或 “Customer Supplied” 传感器。

• 箔式应变计连接：将导线插入DAQ棒上的 “S” 端口（顶行或底行均可，列是相连的），然后将导线的另一端连接到箔式应变计板的远端边缘。
• 用户提供的传感器连接：将导线插入图4所示的IN + 和IN - 端口，然后在图5中选择 “Customer Supplied” 选项。这将使ISL43741差分多路复用器切换输入。选择此选项后，用户可以更改放大器的增益以获得最佳测量结果。此外，DAQ on a Stick还提供5V电源和接地连接，供用户的传感器网络使用。

四、设计考虑

1. 电源复位

为了确保正确的上电复位，二极管D1、电阻R3和电容C8实现了一个简单的RC延迟，以确保在两个电源都稳定到指定水平后，PDWN从低电平过渡到高电平。

2. 校准

在测量过程中，由于应变施加后板不一定能回到相同的偏转点，因此提供了一个校准按钮，用于在板未受应变时将电压读数归零，以从时间零点开始获得准确的读数。

五、物料清单

文档中提供了详细的物料清单，包括各种电容、电阻、二极管、连接器、电感、晶振等元件的型号、数量、参数和制造商等信息。这为工程师进行硬件设计和采购提供了重要参考。

六、总结

“DAQ on a Stick，Renesas应变计” 参考设计为应变计数据采集提供了一个便捷、完整的解决方案。它结合了Intersil的精密部件和Renesas的微控制器，通过USB供电和GUI显示，方便用户进行实时电压测量。在设计过程中，对关键部件的选择和电源复位、校准等方面的考虑，确保了系统的高精度和稳定性。各位工程师在实际应用中，是否也会遇到类似的设计挑战呢？你们又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。