技術型分銷商Excelpoint世健公司的工程師Ethan Li推薦了ADI一款集成化學傳感器接口的精密模擬微控製器ADuCM355。他詳細闡述了ADuCM355氣體檢測方案與傳統方案相比的優勢，以及設計中的注意點和相關開發資源。

 

ADuCM355 SOC片上係統的架構與特性

 

圖1 ADUCM355片內架構圖 

 

圖2 ADuCM355 AFE DIE≈AD5940/1

 

如圖1所示ADuCM355的結構架構圖，實際是=兩個DIE封裝的技術架構，DIE1≈模擬前端AD5940/1，DIE2=MCU=ADUCM3029。

 

如圖2，ADucM355 AFE的功能框圖架構與AD594X一樣。但ADuCM355模擬資源較AD594X會多一些。

 

ADuCM355 AFE模擬前端

 

●   LOW BANDWIDTH LOOP 低帶寬回路

     ○ 兩個雙通道輸出電壓DAC

     ○ 兩個低功耗、低噪聲放大器（AD594X=1個）

     ○ 兩個低功耗
、低噪聲TIA（AD594X=1個）

     ○ 可編程負載和增益電阻

●   HIGH BANDWIDTH LOOP 高帶寬回路

     ○ 1個高速12位電壓DAC

     ○ 1個用於阻抗測量的高速TIA

     ○ 輸出上的可編程增益放大器

     ○ 阻抗測量範圍：<1 Ω至10 MΩ， 0.016 Hz至200,000 Hz

●   模擬輸入/輸出

     ○ 16 位

、400 kSPS ADC 電壓

     ○ 內部和外部電流和電壓通道

     ○ 超低泄漏開關矩陣和輸入多路複用器

     ○ 輸入緩衝器，PGA

●   2.5 V 和 1.82 V 片內精密基準電壓源

●   模擬硬件加速器

     ○ 數字波形發生器

     ○ DFT 和數字濾波器

Ø  內部溫度傳感器，±2°C精度

 

微處理器

 

Ø  26 MHz Arm Cortex-M3處理器

Ø  串行線端口支持代碼下載和調試

Ø  128 kB閃存/64 kB SRAM

Ø  UART、I2C和SPI串行輸入/輸出

Ø  最多17個GPIO引腳

Ø  通用、喚醒和看門狗定時器

 

ADuCM355氣體檢測SOC方案優勢

 

1.   高集成度-降低信號鏈設計複雜性

 

圖3 典型傳統的電化學氣體檢測信號鏈

 

圖4 ADuCM355電化學氣體檢測信號鏈

 

通過對ADuCM355內部架構的了解。以及圖3&4、傳統電化學氣體檢測方案與ADuCM355方案的對比，ADuCM355方案優勢：高度集成化
、數字化。Ethan介紹，世健公司前期與山東某知名便攜式環保企業工程師推廣交流，高集成度是他們導入ADuCM355方案評估的最重要因素。

 

2.   超低功耗

 

圖5 低帶寬回路保持EC參考極的偏置電壓

 

如常見的三電極電化學傳感器
，根據電化學傳感器工作原理
，12位VDAC輸出通過圖5所示的恒電勢器電路設置參考電極引腳上的電壓。CE引腳和RE引腳上的電壓稱為VBIAS。6位輸出設置LPTIA_P節點上的偏置電壓；此輸出設置感應電極引腳SE上的電壓。該電壓稱為VZERO。傳感器上的VBIAS偏置電壓實際上是12位輸出和6位輸出之間的差值。低功耗模式下，在連接低帶寬回路傳感器非測量狀態BIAS模式下，這個係統電路可以做到8uA的超低功耗。傳感器工作測量時4.9mA。

 

3.   高測量精度

 

圖6 ADC ENOB，基於RMS噪聲

 

電化學傳感器連接ADuCM355低帶寬回路，輸出非常小的電流經低功耗（LPTIA TIA支持200Ω至512kΩ的可編程增益電阻）轉換為可由ADC測量的電壓信號。16BIT高分辨率 SAR ADC，內部高精度20ppm 1.82Vref作為ADC基準源，加以可編程的數字濾波器，可做到如圖6高達15BIT有效位數的采集精度。

 

4.   可診斷可預測型-電化學阻抗譜分析

 

圖7 High Bandwidth Loop 高帶寬回路比例法測量EC阻抗

 

隨著電化學應用的發展，執行診斷測量具有重要價值。電化學阻抗譜分析如圖7 ADuCM355高帶寬回路HPDAC輸出頻率可高達200Khz交流信號激勵傳感器，配合複數阻抗測量(DFT)引擎


，可幫助客戶有效的診斷傳感器的健康狀態。

 

對於某些類型的傳感器，在阻抗測量期間必須保持傳感器上的直流偏置。交流信號的電平通過低功耗DAC 的VBIAS電壓輸出設置

，SE上的電壓由VZERO電壓維持。還必須通過設置AFECON位21來使能高速DAC直流緩衝器。

 

ADuCM355設計開發環境

 

圖8 硬件連接、可支持電化學傳感器

 

 

IAR 軟件開發調試環境
，ADI可提供ADuCM355全套參考代碼。如圖10所示 355_ECSns_2E code
，可直接燒錄評估

，配合硬件參考手冊，根據實際需求，個性化開發。

 

圖10 ADI ADuCM355參考代碼資源

 

Ethan還表示

，ADI可提供豐富的參考設計代碼，縮短開發周期。ADuCM355方案在新一代電化學氣體檢測應用的產品中擁有強大的優勢、潛力
，在世健公司的支持下，山東區域幾家環保企業已陸續導入評估ADuCM355
、AD5941氣體檢測方案，已有成功應用案例，等待產品量產上市。

 

關於世健——亞太區領先的元器件授權代理商

 

世健是完整解決方案的供應商
，為亞洲電子廠商包括原設備生產商(OEM)、原設計生產商(ODM)和電子製造服務提供商(EMS)提供優質的元器件、工程設計及供應鏈管理服務。

 

世(shi)健(jian)與(yu)供(gong)應(ying)商(shang)及(ji)電(dian)子(zi)廠(chang)商(shang)緊(jin)密(mi)協(xie)作(zuo)，為(wei)新(xin)的(de)科(ke)技(ji)與(yu)趨(qu)勢(shi)作(zuo)出(chu)定(ding)位(wei)
，並(bing)幫(bang)助(zhu)客(ke)戶(hu)把(ba)這(zhe)些(xie)最(zui)先(xian)進(jin)的(de)科(ke)技(ji)揉(rou)合(he)於(yu)他(ta)們(men)的(de)產(chan)品(pin)當(dang)中(zhong)。集(ji)團(tuan)分(fen)別(bie)在(zai)新(xin)加(jia)坡(po)、中zhong國guo及ji越yue南nan設she有you研yan發fa中zhong心xin，專zhuan業ye的de研yan發fa團tuan隊dui不bu斷duan創chuang造zao新xin的de解jie決jue方fang案an，幫bang助zhu客ke戶hu提ti高gao成cheng本ben效xiao益yi並bing縮suo短duan產chan品pin上shang市shi時shi間jian。世shi健jian研yan發fa的de完wan整zheng解jie決jue方fang案an及ji參can考kao設she計ji可ke應ying用yong於yu工gong業ye

、無線通信及消費電子等領域。

 

世健是新加坡的主板上市公司
，總部設於新加坡，擁有約750名員工，業務範圍已擴展至亞太區40多個城市和地區
，遍及新加坡

、馬來西亞、泰國
、越南、中國
、印度、印度尼西亞
、菲律賓及澳大利亞等十多個國家。世健集團在2019年的年營業額超過9億7千萬美元。1993年，世健在香港設立區域總部——世健係統（香港）有限公司，正式開始發展中國業務。目前，世健在中國擁有十多家分公司和辦事處
，遍及中國主要大中型城市。憑借專業的研發團隊、頂尖的現場應用支持以及豐富的市場經驗

，世健在中國業內享有領先地位。

 

 

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