CN0428水質檢測系統:ADI方便實用電路

文章來源
Macnica Engineer

CN0428水質檢測系統:ADI方便實用電路

CN0428水質檢測系統: ADI方便實用電路

Circuits from the Lab ®參考設計
Analog Devices公司的Circuits from the Lab®·參考設計是Analog Devices公司熟練的工程師為各個領域最終產品而制作的包含基板、佈局在内的全部設計信息、軟件等自不必说,還包含性能評價報告的解方案。

Circuits from the Lab(CFTL),就像自己試制的基板和評價報告一樣,對顧客項目的性能研究,時間/成本的降低作出貢獻。

Circuits from the Lab參考設計提供一下資料。

包含性能評估的綜合文檔
所有設計數據,包括BOM, Garber數據和軟件
出廠測試完畢的硬件

本文將介紹水質測量系統的參考設計。

CN0428 水質檢測系統的特點

用於液體分析測量(例如pH值)的電化學檢測需要為每個感測器設計類比前端,同時市場上對即時獲取多種參數資訊的需求也在增加。

CN0428水質測量系統是一個完整的測量平台,可以滿足安裝在傳感器上所需的尺寸、成本和功率。該電路的尺寸足夠小,可以安裝在傳感器的背面,可以運行在各種感測器類型上。它還提供了集成的測量功能,可以提高初級測量的可靠性,它還提供了執行狀態檢查的功能,從而降低系統的維護成本。

CN0428水質檢測系統具有以下3大特長。

1.    利用轉接板最多可利用4個傳測器進行測量
2.    通過固件選擇可以測定多個電化學參數
3.    使用了面向電化學傳感器的集成內置高精度模擬前端的微型控制器
 

利用轉接板最多可利用4個傳感器進行測量

CN0428水質檢測系統由以下的基板構成。

⦁    EVAL-CN0428-EBZ：傳感器板
⦁    EVAL-M355-ARDZ-INT：Arduino兼容轉接板
⦁    EVAL-ADICUP3029：Arduino兼容的形狀因子

EVAL-M355-ARDZ-INT最多可同時運行4個傳感器板。

EVAL-ADICUP3029採用了ADI的Arm®Cortex®M3超低功耗微控制器ADuCM3029和開源的基於Eclipse的開發環境CrossCore Embedded Studio。
CrossCore Embedded Studio包含了大量的硬件和軟件項目示例,讓開發者可以輕鬆地創建產品原型和開發物聯網應用的連接系統和解決方案。
 


CN0428 水質測量系統框圖


CN0428水質測量系統連接圖像

通過固件選擇可以測定多個電化學參數

CN0428水質測量系統通過固件的選擇對應以下的測量方式。

  • 電化學阻抗譜（EIS）
  • 電流測定
  • 多步驟電流分析（MA）
  • 計時安培法
  • 脈衝電流分析（PAD）
  • 高速電流測定（FAM）
  • 零電阻電流計（ZRA）

伏安測量法

  • 線性掃描伏安法（LSV）
  • 差動脈衝伏安法（DPV）
  • 方波伏安法（SWV）
  • 常規脈衝伏安法（NPV）
  • 交流伏安法（ACV）
  • 循環伏安法（CV）

使用了面向電化學傳感器的集成內置高精度模擬前端的微型控制器

CN0428水質測量系統使用了面向電化學傳感器集成化的ADI公司的模擬前端內置微型電腦和高精度放大器。通過CN0428水質檢測系統,可以輕鬆測試這些高性能設備的功能、特性。

・ADUCM355：帶化學傳感器接口的高精度模擬微控制器
・LTC6078：低輸入偏壓電流放大器

CN0428 水質測量系統的各種數據可從此連結下載。
https://www.analog.com/jp/design-center/reference-designs/circuits-from-the-lab/cn0428.html#rd-overview

應用實例

  • 測量儀器
  • 科學儀器
  • 過程監控
  • 食品及飲料、發電、飲用水、排水處分等的液體分析及水質測定

產品簡介

ADUCM355的產品特徵

模擬輸入輸出

  • 16位400k SPS ADC
  • 電壓、電流和阻抗測量能力
  • 内部/外部電流和電壓通道
    • 超低漏電開關矩陣及輸入多路復用器
    • 輸入緩衝器、可編程增益放大器

電壓DAC

  • 2個雙輸出DAC　 
    • 輸出範圍：對於 12 位輸出，0.2 V 至 2.4 V （±2.2 V 傳感器電位差）
    • 2個偏置恆電勢器及TIA放大器
      超低耗電: 每DAC 1μA
  • 高速12位VDAC: 1個 
    • 傳器輸出範圍：±607 mV
    • 用於阻抗測量的快速TIA
    • 輸出用可編程增益放大器

放大器、加速器和參考

  • 低耗電、低噪音放大器 2個
    • 適用於電化學傳感中的恆電勢器偏壓。
  • 低耗電、低噪音TIA 2個
    • 適用於測量傳感器電流輸出
      ±0.00005 μA ~ ±3000 μA   
    • 可程式設計負載和增益電阻
  • 模擬硬件加速器
    • DDS波形發生器
    • DFT和數字濾波器
  • 2.5 V和1.82V片上高精度參考電壓
    ±2°C的精確内部温度傳感器
    <1Ω10MΩ、0.016Hz至200kHz的阻抗測量範圍
    伏安法掃描速率可達每秒 2000 步

微控制器

  • 26 MHz ARM Cortex-M3處理器
  • 支持通過串行線端口下載和調試代碼
  • 128 kB 閃存/64kB的SRAM
    安全性和安全
  • AES-128和AES-256的硬件加密
  • 可編程多項式發生器的硬件CRC
  • 用户閃存的讀寫保護

片上外圍設備

  • UART、I2C和SPI串行輸入/輸出
  • 最多17個GPIO引腳
    • 外部關閉選項
    • 通用、啟動和監視定時器

電源

  • 2.8 V 至 3.6 V 電源和主動測量範圍
  • 電源監視器
  • 工作功耗：數字部分為 30μA/MHz
  • 外部傳感器休眠偏置：8.5 μA

封裝和溫度範圍

  • 6 mm × 5 mm、72pin LGA封裝
  • 額定工作溫度範圍：−40°C 至+85°C

LTC6078的產品特徵

  • 最大偏移電壓：25μV（25℃）
  • 最大偏移漂移：0.7μV/℃
  • 最大輸入偏置電流：
    • 1pA（25℃）
    • 50pA（85℃以下）
  • 微功率:54μA/放大器
  • CMRR：95dB（最小）
  • PSRR：100dB（最小)
  • 輸入噪音電壓：16nV/√Hz
  • 軌對軌輸入輸出
  • 2.7V～5.5V的工作電壓
  • 8引腳MSOP和10引腳DFN封裝
     

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