應用簡介
ADI針對水質監測儀提供了一項高整合度多參數測量解決方案，其採用能夠控制和測量電化學感測器和生物感測器的強大晶片系統。該產品整合了超低功耗 ARM®Cortex®處理器和多通道類比前端，可同時連接多個電極並透過對狀態機編程迴圈量測多個參數。透過單一平台可實現五個參數的監控測量，包括TEM（溫度）、DO（溶解氧）、EC（電導率）、pH和濁度。
系統設計考慮因素
相容性
將多個探頭浸入測試液體中時，激勵訊號和測量訊號將透過該液體相互干擾。獨立的測量迴路和降噪方法是確保多種測量模式相容的關鍵。
範圍
不同測試液體的一些指標差異很大。自我調整參數調整是確保解析度的同時擴展測量範圍的主要方法。
精度
由於探頭的使用壽命通常較短，有效校準探頭參數並儲存校準結果有助於判斷電極品質，確保測量精度。
可靠性
長期穩定性極為重要。為實現這個目標，可靠的水質監測儀需要低漂移訊號鏈和上電系統校準。
診斷
在涉及感測器安全的應用領域上，ADI解決方案具有先進的感測器診斷能力，如高速波形發生器和阻抗頻譜引擎等。
ADI解決方案的價值主張
相較於傳統的分立式元件解決方案，該解決方案基於功能強大的單晶片平台，可大幅地減少所需的晶片數。可有效降低成本、功耗和體積，同時提供良好的雜訊性能和高精度測量結果。適合水質監測領域中的多參數監測儀開發、探頭數位化以及pH探頭使用壽命診斷研究。
低系統成本
晶片內整合多個測量迴路的單平台多參數監測功能
系統校準能力和自我調整參數調整
探頭診斷能力（pH探頭阻抗測量）和探頭數位化參考設計
低功耗、小尺寸和高精度
特別適合水質測量可攜帶應用，並且具備ADuCM355的電源電壓監測功能
電源和數位介面隔離
系統框圖和訊號鏈
圖1. 多參數水質監測儀設計的系統框圖
注意：以上訊號鏈代表多參數水質監測儀設計的系統框圖。各模組的技術要求各不相同，下表所列產品代表可滿足上述部分要求的ADI解決方案。
表1. 系統子塊
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1. 緩衝器
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2. 單晶片平台
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3. Power
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4. 電源
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5. 濁度系統
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表2. 主要產品
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產品型號 |
描述 |
優勢 |
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具有低功耗和軌對軌輸入/輸出擺幅的雙通道/四通道、低漂移、低雜訊運算放大器； |
最大失調電壓：25 μV（25 °C），最大失調漂移：0.7 μV/°C，最大輸入偏置：1 pA（25 °C）50 pA（≤85 °C） |
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可控制和測量電化學感測器和生物感測器的晶片內系統； 整合了超低功耗ARM® Cortex™-M3處理器和多通道類比前端；具有電流、電壓和阻抗測量功能； |
電流、電壓和阻抗測量、兩個超低雜訊始終導通電位計[恆電勢器]迴路、高達200 kHz的精密阻抗頻譜迴路、開關矩陣/靈活的16 位元接收通道； |
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低靜態電流、低壓差線性穩壓器； |
極低壓差：85 mV（300 mA負載），低靜態電流：45 µA（空載） |
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整合isoPower®隔離式dc至dc轉換器的雙通道數位隔離器； |
高共模瞬變抗擾度：>25 kV/μs，安全和法規認證 |
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CMOS、低壓差（LED）線性穩壓器採用3.3 V至20 V電源供電，最大輸出電流為500 mA； |
低靜態電流：900 μA（VIN = 10 V，IOUT = 500 mA） |
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整合14位元類比數位轉換器（ADC）和20位元突發累加器的高效率光電式測量前端，配合彈性的發光二極體（LED）驅動器工作 |
0.122 Hz至3820 Hz的靈活採樣頻率範圍，三個370 mA LED驅動器，多功能光電式測量前端； |
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熱插拔雙線式匯流排緩衝器可提供雙向緩衝，同時保持低失調電壓以及高達0.3 VCC的高雜訊容限 |
位準轉換1.5 V、1.8 V、2.5 V、3.3 V和5 V匯流排，與驅動高VOL的不相容I[1]C元件相容 |
設計資源
重要產品
整合化學感測器介面的精密 analog.com/aducm355
高精度、阻抗和電化學前端AD594x analog.com/AD5940
評估工具
多參數水質監測板
analog.com/CN0428
圖2. AD594x水質測量系統（CN0428）
圖3. ADuCM355多參數水質監測系統
參考設計
水質測量系統（CN0428） analog.com/CN0428
低至高水準水濁度測量系統（CN0409）analog.com/CN0409
應用文章
無線水質監測系統
analog.com/en/analog-dialogue/articles/wireless-water-quality-monitoring-system.html
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