由于幫主家里屯了一些用不掉的物料，所謂“買料一時(shí)爽，用料如抽絲”，所以丐幫幫主胡博設(shè)計(jì)的一個(gè)低成本的CC表的初期電路，設(shè)計(jì)理念是“只要夠便宜就沒(méi)有售后問(wèn)題”。算是發(fā)給大家一起分享電路方案，另一方面，如果各位同好看到電路有可以改進(jìn)的地方的話，可以提出改進(jìn)建議。目前還在打板驗(yàn)證中。
通訊接口：
USB采用Typec接口，用作設(shè)備數(shù)據(jù)上傳與下發(fā)（通過(guò)USB協(xié)議與上位機(jī)通訊）
USB部分的防護(hù)采用IP4223CZ6作為ESD防護(hù)，保護(hù)USB不受外部靜電傷害。
負(fù)載&電源接口：
負(fù)載和電源接口采用一個(gè)SMKX5.08_4PIN的座子，有四個(gè)PIN，分別是外部電源DC+，外部電源DC-，負(fù)載正和負(fù)載負(fù)。
即大體框圖如下所示：
電源部分：
電源部分采用外部DC供電與USB供電二選一，當(dāng)外部有電源通過(guò)CON2接入時(shí)，這個(gè)電源切換電路會(huì)通過(guò)D3將外部電源作為電源傳遞到VCCA2；當(dāng)外部沒(méi)有電源接入時(shí)，則會(huì)通過(guò)USB的座子提供5V通過(guò)MOS管Q8作為系統(tǒng)電源。這個(gè)雙電源切換電路蠻好的，也挺常用的推薦給大家。
MCU供電是將USB提供的5V通過(guò)磁珠之后，再使用LDO降壓到3.3V給MCU供電，LDO采用圣邦微的SGM2211或者SGM2036.
負(fù)壓部分采用圣邦微的SGM3204電荷泵先將3.3V轉(zhuǎn)化為-3.3V，然后再通過(guò)圣邦微的SGM2209將-3.3V降為-1.2V的電壓。負(fù)壓主要為運(yùn)算放大器供電以及提供偏置等。
主控部分：
主控采用南京沁恒的CH32V303CBT6，最高144MHz系統(tǒng)主頻， 2組12位DAC轉(zhuǎn)換，2單元16通道12位ADC轉(zhuǎn)換，以及其他功能，具體如下表，還是很豐富的。
價(jià)格大概7塊錢左右，批量可以做到6塊以下。
電路圖如下，主要使用到MCU的USB，ADC，DAC和IIC外設(shè)。雖然mcu內(nèi)部adc有效位數(shù)低，但依靠芯片內(nèi)部apb總線，能夠?qū)崿F(xiàn)幾十上百ksps采樣率。外部adc，例如ads1255/6，雖然分辨率高線性度好，但mcu單位時(shí)間發(fā)起spi dma通信的次數(shù)有限，15ksps采樣率的數(shù)據(jù)取不完。mcu adc分辨率低的短板，通過(guò)增加采樣電阻的方法改善，畢竟是采集電流。綜上考慮，選擇mcu內(nèi)部adc。
存儲(chǔ)器部分：
由于沁恒的這顆CH32V303CBT6需要主頻降低144MHz到120MHz才能讀寫內(nèi)部flash。而使用USB外設(shè)必須系統(tǒng)主時(shí)鐘為48MHZ的倍頻，所以為了不降低主頻，就采用了一個(gè)外置的EEPROM存儲(chǔ)器24lc64作為校準(zhǔn)或采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
輸出及信號(hào)采集：
然后是最主要的部分，即輸出電壓部分，采用MCU的dac輸出信號(hào)給第一級(jí)運(yùn)算放大器跟隨，第二級(jí)運(yùn)放輸出接三極管組成的達(dá)林頓管，再?gòu)陌l(fā)射極取反饋，最終將Vdac同相放大16倍輸出給負(fù)載，將放大放到達(dá)林頓這一級(jí)可以增加反饋環(huán)路的相位冗余度，改善穩(wěn)定性。需要注意的是，由于是從達(dá)林頓管的發(fā)射極輸出，所以當(dāng)外部電源Vext供電時(shí)，最大輸出電壓為Vext-Vd(D3)-Vbe(Q7)-Vbe(Q9)。同理，當(dāng)沒(méi)有外部電源供電時(shí)，輸出電壓從USB取電，最多輸出為5-Vbe(Q7)-Vbe(Q9)，大概3.4V左右。
上圖中由于是達(dá)林頓射極輸出電壓，所以在輸出vout接npn和一個(gè)電阻到-1.2v，以此能改善負(fù)載電流突然減小時(shí)輸出電壓的過(guò)沖（支持一定程度上的灌電流）。主輸出電路這邊運(yùn)算放大器采用潤(rùn)石科技的RS8652，這顆運(yùn)放性能還是很不錯(cuò)的，支持從3.3~32V的寬壓供電。并且其輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流都很小。輸出軌到軌，也非常舒服。
電流采樣部分采用下端采樣，當(dāng)Q12和Q13均導(dǎo)通時(shí)，檢流電阻RS2和RS4被短路，此時(shí)檢流電阻RS7檢流（負(fù)載電流流過(guò)）；當(dāng)Q12導(dǎo)通，Q13不導(dǎo)通時(shí)RS4和RS7起檢流作用（負(fù)載電流流過(guò)）；當(dāng)Q12和Q13均不導(dǎo)通時(shí)，檢流電阻RS2和RS4和RS7均起作用（負(fù)載電流流過(guò)）。采樣電阻并二極管鉗位保護(hù)，mos管旁路采樣電阻，都是萬(wàn)用表常見(jiàn)設(shè)計(jì)。
mos切換通道，設(shè)計(jì)原則是，三個(gè)采樣電阻的電流量程有重疊區(qū)域。當(dāng)實(shí)時(shí)電流測(cè)量值逐漸逼近當(dāng)前采樣電阻的量程邊界時(shí)，下一個(gè)量程的采樣電阻的并聯(lián)mos從導(dǎo)通改成截止，準(zhǔn)備采集。兩個(gè)電阻并聯(lián)的mos狀態(tài)會(huì)相應(yīng)改變。量程重疊，可以確保mcu操作mos的時(shí)候，仍然有一個(gè)采樣電阻的電流數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。
采集部分的運(yùn)算放大器采用潤(rùn)石的RS8524，其是超低噪聲、偏移和功耗。這種小型高精度運(yùn)算放大器具有很高的輸入阻抗和軌到軌輸入和軌到軌輸出擺幅。運(yùn)算放大器RS8524將檢流電阻的電壓同相放大32倍給MCU。電路圖如下（三路相同僅貼一路）。
輸出電壓也通過(guò)RS8524組成的電壓跟隨器輸出給MCU的ADC，用作輸出電壓檢測(cè)。
當(dāng)前進(jìn)度：
幫主已完成焊接，在進(jìn)行軟件調(diào)試。
寫在最后：
感謝胡博帶來(lái)的素材，感謝潤(rùn)石科技和圣邦微科技提供的芯片樣品。同時(shí)也推薦沁恒的MCU。祝我們國(guó)產(chǎn)的芯片越做越強(qiáng)！
幫主額外提醒：測(cè)量微弱電流的板子表面一定要清潔干凈，否則漏電流大得嚇人。1na以下，甚至要把綠油層去掉。另外有g(shù)uard ring設(shè)計(jì)，切記ring的線寬要比被包圍的信號(hào)線寬3倍以上。