csu1110在低功耗及高精度衡器中的应用

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1、Title1:基于SoC方案的高分度、低成本、低能耗衡器设计title2：解析高分度、低成本、低能耗的衡器SoC方案作者：刘小灵设计部总监深圳市芯海科技有限公司Email：lxling@chipsea.comkw：CSU1110,人体秤,低功耗,高精度引言：CSU1110是芯海科技自主研发的衡器SoC芯片，用于自动上秤的人体秤平均待机功耗可以低至3uA以下，用于太阳能人体秤称重电流20uA以下，用于口袋秤精度可以达到1/30000。Abstract:CSU1110isthescaleSoCdevelopedbychipseaindepende

2、ntly,usedforAutomaticbodyScalestheaveragestandbycurrentislessthan3uA,usedforsolarbodyscalestheaveragestandbycurrentislessthan20uA,usedforthepocketscaletheaccuracyupto1/30000.随着电子衡器产业的发展，市场对低功耗和高精度提出了越来越高的要求。深圳市芯海科技作为国内领先的模拟、数模混合集成电路设计企业，在电子衡器芯片和电能计量芯片领域具有国内领先的水平，芯海科技推出的高精度2

3、4位ADC芯片CS1242更是填补了国内中高端电子衡器芯片领域的空白，并针对低功耗、高精度这一趋势推出了CSU1110衡器SoC芯片。CSU1110芯片最大的优势是同时满足了自动上秤人体秤、太阳能人体秤对低功耗的要求，以及口袋秤对高精度的要求。利用CSU1110设计的自动上秤人体秤，平均待机功耗可以低至3uA以下，太阳能人体秤称重电流20uA以下，口袋秤分度可以达到三万分之一。图1：CSU1110内部功能框图。衡器SoC芯片CSU1110及应用CSU1110集成了8bitRISCMCU，4K*16OTP(可作为用户数据PROM)、256RAM

4、、4*18LCD，以及16个I/O口(除了这16个I/O口外，所有的“Seg”口均可复用为输出，令IO总数最多达到26个)，双通道高速、高精度ADC，最高数据输出速率为16kHZ(精度为12位，增益为32)，最高精度达到18位(增益为128，速率为32HZ)。为了能够在一个芯片上同时满足低功耗和高精度的要求，CSU1110提供了“功耗-精度-速度”相互平衡的选项，即用户可以通过配置较低的ADC工作电流来实现低功耗，但此种情况下线性度较差，只能够用于5000点以下的秤，也可以配置较大的工作电流来实现30,000分度的精度和线性度，为方案工程师进

5、行多种类型的方案开发提供便利，只需要在配置上稍作改动，就可以满足不同的市场需求。以下针对三种不同的应用提供设计思路：全球最低功耗自动上秤人体秤方案。自动上秤人体秤的平均功耗取决于两个因素：静态功耗及动态功耗。其中静态功耗由芯片的漏电流、看门狗模块电流组成，CSU1110的漏电流为0.5uA，看门狗模块电流为0.7uA。总静态电流为1.2uA。动态电流主要由ADC与传感器工作电流构成，决定性的因素包括ADC+传感器的功耗以及供电的时间窗口长度在人体秤这种对精度要求不高的场合，我们可以选择最低的ADC偏置电流，把ADC+传感器的总功耗降低到2.5

6、mA。时间窗口控制上，使用8K的输出速率，采用第三个AD值，总时间为375uS。得到AD值之后，直接与预先计算出来的上秤判决AD阈值比较，超过则起秤，否则继续休眠。所以总功耗为1.2uA+375uS*2.5mA/1S=1.2uA+0.94uA=2.14uA。实测值会介于2uA至4uA之间(由于工艺漏电流的离散性)。全球最低成本的太阳能人体秤方案。太阳能人体秤的出现，主要是为了避免普通电池对环境的危害，达到环保的目的。但是，目前市面上的太阳能人体秤需要昂贵的传感器和PS08主芯片。造价成本极大的限制了太阳能人体秤的市场占有率。CSU1110提供

7、了专门为太阳能人体秤而设计的特性。设计时使用1KHZ的AD输出速率，使用第四笔AD，每秒钟称重一次，则所需的动态功耗为4次*2.5mA*(1/1000秒)=10uA，LCD显示所需的功耗为5uA(驱动电路工作电流)+5uA(玻璃消耗)=20uA。三万分度的手掌秤方案。在手掌秤应用场合，最重要的是精度和线性度。为了达到这个目的，我们需要把ADC的工作电流配置为人体秤场合的4倍。并把ADC的输出速率降低到7.6HZ，PGA=256，在这种模式下，ADC的稳定性非常高。在程序中，把AD值进行4次算术平均，再进行8次滑动平均(需要使用滑动缓存快速刷新

8、机制来保证反映速度)，即可得到稳定的三万分度手掌秤。本文小结以上三个方案可以涵盖大部分的家用秤市场，对于厨房秤、脂肪秤只需要稍作修改即可。同时，为了方便客户进行开发