Схема батарейного питания STM8L и CC1101 Опции

[turnon]

Покритикуйте пожалуйста. Требования к схеме - оптимальная работа радиотрансивера (максимальная мощность) и минимальное потребление. Для питания будут использоваться две батарейки AAA. Устройство будет просыпаться в среднем раз в 5 минут на 1-3 секунды для отправки данных, в остальное время - сон.

На схеме приведены только части по питанию:


Для получения от батарей напряжения не ниже 3.3В используется Step-Up TSP61221 (собственный ток потребления 5.5 uA).

Собственно можно было бы и напрямую подключить к батареям, но нужно напряжение не менее 3.3В для питания датчиков.
Да и параметры CC1101 приведены для 3В, непонятно сможет ли он выдать паспортную мощность при 1.8В

STM8L питается от 3.3В со Step-Up, CC1101 питается через дополнительный LDO 3.0В для подавления шумов от Step-Up. Предусмотрено отключение LDO (и трансивера) с ноги МК, потому как малошумящие LDO потребляют относительно много, LP5907 - 12 uA.

Из-за более низкого питания CC1101 (3В против 3.3В у STM8L) на выходы от STM8L к CC1101 добавил диоды чтобы на входах CC1101 было не более 3В.

--
Вот еще походу возник вопрос по Step-Up, что будет с TSP61221 (на выходе по даташиту 3.3В) если на вход подать 3.6В? (тионилхлоридная батарея).

Похожий вопрос относительно LDO, что будет с LP5907-3.0 если на вход подать меньше чем 3В? Пропустит входное без изменений или на выходе будет 0?

[rx3apf]

Не понимаю, зачем понижать питание CC1101 до трех вольт. Сам по себе LDO шумы не давит, это задача блокировочных конденсаторов. И никто не мешает дроссель поставить. И уж, разумеется, такое "согласование" 3 и 3.3V SPI неработоспособно от слова "вообще". Да и не нужно.

Сообщение отредактировал rx3apf - Jan 19 2016, 17:38

[turnon]

Не понимаю, зачем понижать питание CC1101 до трех вольт.

Чтобы LDO работал. Если на него подать 3В, непонятно что будет на выходе, если он расчитан на выходное 3В.

Сам по себе LDO шумы не давит, это задача блокировочных конденсаторов.

А что тогда означает параметр PSRR (Power supply rejection ratio) в даташитах на LDO?

такое "согласование" 3 и 3.3V SPI неработоспособно от слова "вообще". Да и не нужно.

Да, поспешил не подумав. Спасибо что ткнули. А почему не нужно? Ведь при 3В питание макс. сигнал на входе 3.3В, как раз то что идет с МК. Без согласования это будет надежно, ведь входное как раз на границе максимума?

[rx3apf]

Чтобы LDO работал. Если на него подать 3В, непонятно что будет на выходе, если он расчитан на выходное 3В.

Я о том, что он (LDO) вообще не нужен.

А что тогда означает параметр PSRR (Power supply rejection ratio) в даташитах на LDO?

Да, правильно, регламентирует уровень подавления входных пульсаций. Но ведь дается с учетом входных-выходных емкостей, уменьшается с ростом частоты, и регламентируется до 100 kHz (да еще с оговорками), а у примененного бустера на порядок больше частота. Проще LC-звеном по питанию. Если вообще нужно...

Ведь при 3В питание макс. сигнал на входе 3.3В, как раз то что идет с МК. Без согласования это будет надежно, ведь входное как раз на границе максимума?

Пока не откроются паразитные диоды на входах (а это около 0.6), ничего страшного не произойдет. При желании можно согласовать, конечно (резистивный делитель, диод с pull-down, встречно-параллельно сборку Шоттки - все с учетом требуемых скоростей обмена). Но я бы предложил убрать LDO на 3 вольта, подстраховаться LC-фильтром от помех по питанию и забыть про эти согласования как класс.

[turnon]

Пока что вырисовывается такая схема:
STM8L и CC1101 питаются от двух AAA напрямую, а для датчиков 3.3В (I2C) включается Step-Up на время замера. I2C подтянут через 4.7К к 3.3В, а т.к. входы I2С STM8L - true open drain, то никакого согласования уровней не надо. При питании STM8L от 2В он будет нормально работать с уровнями I2C 3.3В.

Как вариант оптимизации, STM8L и CC1101 можно запитать через Step-Down TPS62730 (2.1В) для уменьшения потребления CC1101.

[agregat]

А что в приоритете простота и цена схемы или качество и продвинутые характеристики...

[Plain]

Покритикуйте ... будут использоваться две батарейки AAA

На их входе сейчас нет никакой защиты, так что первый же слесарь, пришедший с мороза в добротном китайском пуховике, выбьет ключ, а если он их при этом ещё и втыкал не так, то кирдык и всей схеме — здесь требуется двунаправленный ограничитель с малой утечкой, например, SMAJ10CA, а в затворе ключа, соответственно, параметрический стабилизатор на резисторе и стабилитроне, например, 10 кОм и BZX384-C7V5.

что будет с TSP61221 (на выходе по даташиту 3.3В) если на вход подать 3.6В? (тионилхлоридная батарея)

Будут те же 3,3 В, потому что синхронный выпрямитель заблокируется и останется только параллельный ему диод. Но толку от этого никакого, потому что такой элемент номинально выдаёт максимум 3 мА — попросту маловато для этой схемы, т.е. требуется двойное преобразование с буферированием энергии в каком-либо носителе с радикально меньшим внутренним сопротивлением, а ёмкостью большей, чем нужно для проведения одного сеанса.

[turnon]

А что в приоритете простота и цена схемы или качество и продвинутые характеристики...

Качество и продвинутые характеристики.

На их входе сейчас нет никакой защиты, так что первый же слесарь, пришедший с мороза в добротном китайском пуховике, выбьет ключ, а если он их при этом ещё и втыкал не так, то кирдык и всей схеме — здесь требуется двунаправленный ограничитель с малой утечкой, например, SMAJ10CA, а в затворе ключа, соответственно, параметрический стабилизатор на резисторе и стабилитроне, например, 10 кОм и BZX384-C7V5.

Да, об этом подзабыл. Положился на то что держатель батарей будет впаян, но на самих батареях то может быть статика. А о каком ключе речь, какой ключ выбьет? Ключ внутри Step-Up?

Будут те же 3,3 В, потому что синхронный выпрямитель заблокируется и останется только параллельный ему диод. Но толку от этого никакого, потому что такой элемент номинально выдаёт максимум 3 мА — попросту маловато для этой схемы

Какой элемент выдаёт максимум 3 мА - диод параллельный синхронному выпрямителю?

[rx3apf]

Если говорить о статике - самый нежный компонент это радиотрансивер...

3 mA, вероятно, относилось к литий-тиониловой батарейке. Что, конечно, неправда - батарейки типоразмера AA выдают (после депассивации) больше 100 mA в КЗ. И нормально питают трансивер с потреблением до 30 mA. Правда, ток КЗ зависит от производителя и типа батареи (они бывают для разных условий эксплуатации), да и по мере разряда внутреннее сопротивление увеличивается.

Сообщение отредактировал rx3apf - Jan 19 2016, 22:02

[turnon]

Если говорить о статике - самый нежный компонент это радиотрансивер...

Ну монтажники в курсе, а слесарей рядом с ними не будет.

3 mA, вероятно, относилось к литий-тиониловой батарейке. Что, конечно, неправда - батарейки типоразмера AA выдают (после депассивации) больше 100 mA в КЗ.

Для литий-тиониловой батарейки специально предусмотрел резистор в 10 Ом через ключик на полевике - для депассивации.

[Plain]

о каком ключе речь

О том слоне, голый затвор которого Вы выставили на улицу — не иначе молнии ловить, как Ломоносов.

[rx3apf]

Для литий-тиониловой батарейки специально предусмотрел резистор в 10 Ом через ключик на полевике - для депассивации.

Хм. От такой нагрузки ЭДС новой батарейки так просядет, что и управлять-то будет некому, пожалуй... Хотя депассивация дело тонкое....

[Plain]

Посмотрел на этот TPS чуть внимательнее — предел для входа 7,5 В, так что итоговая схема должна быть примерно такой:

[Alexashka]

А 1мк перед транзисторами не поглотит статику? Не говоря уже о 10мк на входе TPS

[turnon]

Хм. От такой нагрузки ЭДС новой батарейки так просядет, что и управлять-то будет некому, пожалуй... Хотя депассивация дело тонкое....

Ну вот и получится что если импульс депассивации просадит батарею, МК сбросится и резистор 10 Ом автоматически отключится.

Посмотрел на этот TPS чуть внимательнее — предел для входа 7,5 В

Спасибо за схему. А вот есть такой ESD5B5.0 с током утечки 1uA.

[bloody-wolf]

Стесняюсь спросить, а вот такой TPS61291DRV не рассматривали для питалова? у нас для 2-х ААА такой стоит, по выходу могет 3,3В @ 0,3-0,5А сделать из двух ААА батареек по 1,2В на каждой (подсевшие).
вопрос, не забыли ли вы случайно кварц пририсовать для трансивера? плюс, если будете пользовать малые скорости передачи, типа 10-20кб/с советую не экономить на кварцах, и как минимум брать не хуже 15ппм, и обязательно ставить одинаковыми во всех так сказать устройствах, которые должны вместе работать. плюс посчитайте конденсаторы к кварцу, а не от балды, типа 20пФ и так сойдет., тоже должны быть одинаковыми на всех девайсах.

если мощность небольшая, то LDO для питания трансивера можно и не ставить, поставить просто цепочку из ферритового фильтра и конденсаторов, как обычно ставят для разделения аналогового и цифрового питания в тех же CC1110 например.

Сообщение отредактировал bloody-wolf - Jan 20 2016, 14:10

[turnon]

а вот такой TPS61291DRV не рассматривали для питалова?

Очень похож на TPS61221, но чуть эффективнее. И еще у TPS61291 есть честный bypass режим. У TPS61221 при EN=0 пропускает входное на выход через паразитный диод встроенного полевика.

Но стоимость у TPS61291 в два раза больше, чем у TPS61221.

не забыли ли вы случайно кварц пририсовать для трансивера?

Нет, просто для наглядности убрал цепи не относящиеся к питанию.

плюс, если будете пользовать малые скорости передачи, типа 10-20кб/с советую не экономить на кварцах, и как минимум брать не хуже 15ппм, и обязательно ставить одинаковыми во всех так сказать устройствах, которые должны вместе работать. плюс посчитайте конденсаторы к кварцу, а не от балды, типа 20пФ и так сойдет., тоже должны быть одинаковыми на всех девайсах.

Спасибо, про кварцы наслышан. Это проблема. У местных таких не купишь, придется заказывать у digikey.

если мощность небольшая, то LDO для питания трансивера можно и не ставить, поставить просто цепочку из ферритового фильтра и конденсаторов, как обычно ставят для разделения аналогового и цифрового питания в тех же CC1110

Наверное для фильтрация питания, подаваемого на CC1101 лучше дроссель + конденсатор. Ферит как я понимаю это скорее для подавления ВЧ от СС1101 в остальную часть схемы.

А мощность хочется получить как раз максимальную, на которую способен CC1101.

[bloody-wolf]

под ферритовым фильтром я подразумевал что-то вроде BLM15... от murata, обычно делают что то типа П фильтра, например 10uF||0.01uF---Ferrite_bead---10uF||0.01uF||100pF типа того, и плюс у каждй ноги AVDD требуется по 2 конденсатора, обычно что-то вроде 0.1uF||20pF
плюс резистор RBIAS в идеале 0,1%.
и кстати проще делать все либо на 3 либо на 3.3В, т.е. чтобы не было так, что SPI работает с 3.3, при этом сам чип 3.0
соответственно в простейшем случае это DC-DC ->3V3D (STM8+DVDD_CC1101) -> п-filter 3V3AVDD.
плюс наверно диодики по цифре можно не ставить, если перед отключением цифровые ноги, идущие от чипа трансивера в проц переводить например в 3 состояние. тогда при снятии питания с чтрансивера он будет именно незапитанным без всяких паразитов. (у нас так сделана плата, на которой CC1110, E-ink дисплей, SPI память, MPU9xxx инерциалка, и усилитель от Skyworks вроде SE2435, все это в купе во сне проца, который через Bypass всегда запитан, кушает 2.7мкА, а когда передает +24dBm - 0.8A от батарейки в течении 5-6 секунд.)

[turnon]

под ферритовым фильтром я подразумевал что-то вроде BLM15

Спасибо за рекомендации. Так и сделаю. Может еще Step-Down TPS62730 поставлю, чтобы можно было тионил безопасно подключать, все таки у него напряжение 3.6В, это на границе для CC1101/STM8L. В итоге CC1101/STM8L будут питаться от 2.1В, а для 3.3В датчиков - отключаемый Step-Up TPS61221.

Так и остается непонятно, что будет на выходе у TPS61221, если EN=1 и на входе 3.6В.

у нас так сделана плата, на которой CC1110, E-ink дисплей, SPI память, MPU9xxx инерциалка, и усилитель от Skyworks вроде SE2435, все это в купе во сне проца, который через Bypass всегда запитан, кушает 2.7мкА, а когда передает +24dBm - 0.8A от батарейки в течении 5-6 секунд.

Это с усилителем CC1190? А почему 5-6 сек, вроде везде пишут про 1-2 сек?
А какой E-ink дисплей, если не секрет?

[rx3apf]

чтобы можно было тионил безопасно подключать, все таки у него напряжение 3.6В, это на границе для CC1101/STM8L. В

3.6 для CC1101 вполне норма, безопасно. Это в первых даташитах в разделе максимально-допустимых значений фигурировало "3.6" для напряжения питания (т.е. максимум был равен номинальному), но давно уже там пишут "3.9". Аналогично и для STM8L - 3.6 это верхнее значение номинального диапазоне, но абсолютный максимум - 4V.

[bloody-wolf]

усилитель я написал, повторюсь, skyworks, SE2435L, это фронт-энд типа CC1190, т.е. усилитель на выход плюс LNA на вход в одном корпусе.
кстати балун есть прикольный от STMicroelectronix как раз для чипов CC11xx, p/n: BAL-CC1101-01D3, там собственно балун плюс SAW фильтр в одном флаконе.
почему 5-6 секунд - потому что так сделали программисты, хз на чем это основано, я чисто железячник.
E-ink от фирмы Pervasivedisplays на 1,44 дюйма.

если на входе у TPS61221 будет 3,6В , то на выходе будет (3,6-Падение на диоде я бы считал 0,2-0,4В). если ток на выходе будет очень маленьким (сотни мкА-единицы мА) - то напряжение будет примерно 3,6В, собственно против паразитного диода не попрешь.

на страничке 12 из ДШ:
10.3.4 Operation At Output Overload
....
If the output voltage drops below the input voltage, the backgate diode of the rectifying switch becomes forward
biased, and current starts to flow through it. This diode cannot be turned off, so the current finally is only limited
by the remaining DC resistances. As soon as the overload condition is removed, the converter resumes providing
the set output voltage.

Сообщение отредактировал bloody-wolf - Jan 21 2016, 12:57

[Aner]

... BAL-CC1101-01D3, там собственно балун плюс SAW фильтр в одном флаконе.
...

Нет там никакого SAW фильтр, ФНЧ простенький.

[bloody-wolf]

Нет там никакого SAW фильтр, ФНЧ простенький.

Да, тут действительно обшибся, не SAW, но таки фильтр. да и по габаритам поменьше, чем балуны от JTI в 0805

[Aner]

Да и этот балун мал и до 20dBm только, выход этих SE2435L, CC1190 по Tx потянет с перегрузом.

[bloody-wolf]

Да и этот балун мал и до 20dBm только, выход этих SE2435L, CC1190 по Tx потянет с перегрузом.

так балус ставится до усилка, а чип выдает максимум +10, так что усе в порядке.

[Aner]

так балус ставится до усилка, а чип выдает максимум +10, так что усе в порядке.

И какой смысл в этом согласовании? Никакого для не серийных. Много дешевле поставить три-четыре пассивных элемента на выходе этих SE2435L, CC1190 придавив вторую гармонику, и согласовав под нужную антенну.
А такой балун окупается только для серии начиная к нескольких тысяч штук, там и цена поменьше на сам балун и под автоматическую сборку только одно движение для установки вместо трёх-четырёх пассивных элементов.

[bloody-wolf]

И какой смысл в этом согласовании? Никакого для не серийных. Много дешевле поставить три-четыре пассивных элемента на выходе этих SE2435L, CC1190 придавив вторую гармонику, и согласовав под нужную антенну.
А такой балун окупается только для серии начиная к нескольких тысяч штук, там и цена поменьше на сам балун и под автоматическую сборку только одно движение для установки вместо трёх-четырёх пассивных элементов.

Анер, вы как собрались согласовывать балансный выход трансивера с 50 омным SE у чипа усилителя? как минимум 6 компонентов нужно, а это место на плате. чаще всего его нет. и потом, какие номиналы компонентов балуна вы поставите?
ну вот просто сделали вы допустим 6 компонентый балун (4 компонента это сам балун + 2 это фильтр) , т.е. оставили фактически посадочные места на плате. какие вы будете ставить номиналы и куда. сдерете все с ДШ на чип, и будете надеятся, что прокатит, или же достанете векторный анализатор цепей, спектрач,и, посчитав примерно модель и номиналы в CST, будете их подбирать на своей плате? а если плата отличается от референс.дизайна производителя, как тогда будете считать дискретный балун? а если у вас нет таких приборов, чтобы посчитав в модели некие начальные номиналы их уже по факту оценивать? вобщем балун интегральный, это может и дорого в отличие от 4-6 пассивных компонентов, но зато и гемора с ним существенно меньше, особенно учитывая то, что он изначально рассчитан на импеданс конкретно этого чипа CC1101.

[Aner]

уже оффтоп, но отвечу.
Если теорию линейных цепей не знаете, то таки да. Делайте как пишут. Вариантов согласования куча, а фильтр на выходе ставить это правильнее. Номиналы считаются просто, простыми програмками начиная с RFSim99 и подобными. Векторник тут как бы не особо и нужен, разве что начинающим продемострировать работу. Анализатор, может понадобиться, если таки опыта нет, ну хоть будет чем померить что вадает чип(ы). CST тут ненужен вообще, достаточно старой версии AWR, и то если хотите половить 1..2 dB разницы.

Демо платы с из реф дизайнами нужны только для понимания и проверки, и то достаточно док. Подбор тут вообще не нужен, не чего проблему рисовать там где ее нет. Другое дело если нет целевого образования и маломальского опыта, но этож не гемор. Тогда да, согласен, что нужно купить дорогой балун, напартачить в разводке платы с землями, переходными и в итоге "обломиться".

Причем эти простенькие трансиверочки 220 стандарта, там особо и думать то негде да и не над чем. Так для начала обучения студентов. На сегодня CC1101 уже старый, мало кто использует на перспективу. Норвеги успели эту недоделку TI продать, ну и все как "мухи" налетели на ... их правильные рекламные действия. Вот до сих пор и мучаются с расчетами и не только балуна ...
А у меня еще те древние чипы сохранились от норвегов, до тексовской эпохи.