CN0428水质检测系统:ADI方便实用电路

文章来源
Macnica Engineer

CN0428水质检测系统:ADI方便实用电路

Circuits from the Lab®参考设计

Analog Devices公司的Circuits from the Lab®参考设计是Analog Devices公司熟练的工程师为各个领域最终产品而制作的包含基板、布局在内的全部设计信息、软件等自不必说,还包含性能评价报告的解决方案。

Circuits from the Lab(CFTL),就像自己试制的基板和评价报告一样,对顾客项目的性能研究,时间/成本的降低作出贡献。

Circuits from the Lab参考设计提供一下资料。

⦁    包含性能评估的综合文档
⦁    所有设计数据,包括BOM,Garber数据和软件
⦁    出厂测试完毕的硬件

本文将介绍水质测量系统的参考设计。

CN0428 水质检测系统的特点

用于液体分析测量(例如pH值)的电化学检测需要为每个传感器设计模拟前端,同时市场上对实时获取多种参数信息的需求也在增加。

CN0428水质测量系统是一个完整的测量平台,可以满足安装在传感器上所需的尺寸、成本和功率。该电路的尺寸足够小,可以安装在传感器的背面,可以运行在各种传感器类型上。它还提供了集成的测量功能,可以提高初级测量的可靠性,它还提供了执行状态检查的功能,从而降低系统的维护成本。

CN0428水质检测系统具有以下3大特长。

1.    利用转接板最多可利用4个传感器进行测量
2.    通过固件选择可以测定多个电化学参数
3.    使用了面向电化学传感器的集成内置高精度模拟前端的微型控制器

利用转接板最多可利用4个传感器进行测量

CN0428水质检测系统由以下的基板构成。

⦁    EVAL-CN0428-EBZ：传感器板
⦁    EVAL-M355-ARDZ-INT：Arduino兼容转接板
⦁    EVAL-ADICUP3029：Arduino兼容的形状因子

EVAL-M355-ARDZ-INT最多可同时运行4个传感器板。

EVAL-ADICUP3029采用了ADI的Arm®Cortex®M3超低功耗微控制器ADuCM3029和开源的基于Eclipse的开发环境CrossCore Embedded Studio。
CrossCore Embedded Studio包含了大量的硬件和软件项目示例,让开发者可以轻松地创建产品原型和开发物联网应用的连接系统和解决方案。


               CN0428 水质测量系统框图


                 CN0428水质测量系统连接图像

通过固件选择可以测定多个电化学参数

CN0428水质测量系统通过固件的选择对应以下的测量方式。

  • 电化学阻抗谱（EIS）
  • 电流测定
  • 多步骤电流分析（MA）
  • 计时安培法
  • 脉冲电流分析（PAD）
  • 高速电流测定（FAM）
  • 零电阻电流计（ZRA）

伏安测量法

  • 线性扫描伏安法（LSV）
  • 差动脉冲伏安法（DPV）
  • 方波伏安法（SWV）
  • 常规脉冲伏安法（NPV）
  • 交流伏安法（ACV）
  • 循环伏安法（CV）

使用了面向电化学传感器的集成内置高精度模拟前端的微型控制器

CN0428水质测量系统使用了面向电化学传感器集成化的ADI公司的模拟前端内置微型计算机和高精度放大器。通过CN0428水质检测系统,可以轻松测试这些高性能设备的功能、特性。

  • ADUCM355：带化学传感器接口的高精度模拟微控制器
  • LTC6078：低输入偏压电流放大器

CN0428 水质测量系统的各种数据可从此链接下载。
https://www.analog.com/jp/design-center/reference-designs/circuits-from-the-lab/cn0428.html#rd-overview

应用实例

  • 测量仪器
  • 科学仪器
  • 过程监控
  • 食品及饮料、发电、饮用水、排水处理等的液体分析及水质测定

产品简介

ADUCM355的产品特征

模拟输入输出

  • 16位400k SPS ADC
  • 电压、电流和阻抗测量能力
  • 内部/外部电流和电压通道
    • 超低漏电开关矩阵及输入多路复用器
    • 输入缓冲器、可编程增益放大器

电压DAC

  • 2个双输出电压DAC
    • 输出范围：对于 12 位输出，0.2 V 至 2.4 V （±2.2 V 传感器电位差）
    • 2个偏置恒电势器及TIA放大器
      超低耗电: 每DAC 1μA
  • 高速12位VDAC: 1个 
    • 传感器输出范围：±607 mV
    • 用于阻抗测量的快速TIA
    • 输出用可编程增益放大器

放大器、加速器和参考

  • 低耗电、低噪音放大器 2个
    • 适用于电化学传感中的恒电势器偏压
  • 低耗电、低噪音TIA 2个
    • 适用于测量传感器电流输出
      ±0.00005 μA ~ ±3000 μA   
    • 可编程负载和增益电阻
  • 模拟硬件加速器
    • DDS波形发生器
    • DFT和数字滤波器
  • 2.5 V和1.82V片上高精度参考电压
    ±2°C的精确内部温度传感器
    <1Ω10MΩ、0.016Hz至200kHz的阻抗测量范围
    伏安法扫描速率可达每秒 2000 步

微控制器

  • 26 MHz ARM Cortex-M3处理器
  • 支持通过串行线端口下载和调试代码
  • 128 kB 闪存/64kB的SRAM

安全性和安全

  • AES-128和AES-256的硬件加密
  • 可编程多项式发生器的硬件CRC
  • 用户闪存的读写保护

片上外围设备

  • UART、I2C和SPI串行输入/输出
  • 最多17个GPIO引脚
    • 外部关闭选项
    • 通用、启动和监视定时器

电源

  • 2.8 V 至 3.6 V 电源和主动测量范围
  • 电源监视器
  • 工作功耗：数字部分为 30μA/MHz
  • 外部传感器休眠偏置：8.5 μA

封装和温度范围

  • 6 mm × 5 mm、72pin LGA封装
  • 额定工作温度范围：−40°C 至+85°C 

LTC6078的产品特征

  • 最大偏移电压：25μV（25℃）
  • 最大偏移漂移：0.7μV/℃
  • 最大输入偏置电流：
    • 1pA（25℃）
    • 50pA（85℃ 以下）
  • 微功率:54μA/放大器
  • CMRR：95dB（最小）
  • PSRR：100dB（最小)
  • 输入噪音电压：16nV/√Hz
  • 轨对轨输入输出
  • 2.7V～5.5V的工作电压
  • 8引脚MSOP和10引脚DFN封装

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