低功耗便携式有毒气体检测——ADI CN0234-SDPZ电路板评测

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1.开箱，如下图。里面装了三块电路板，从上到下分别是主控制板
EVAL-SDP-CB1Z、采集板EVAL-CN234-SDPZ、接口板、USB线。所说的光盘不见了！

                                             
2.资料收集及分析
由于没有了光盘，只能下载资料了，去了ADI官网下载了一堆资料。最有用的是这个文件：CN0234-DesignSupport.zip。
里面有各个支持文档的链接。点击CN0234 SDP Software.url文档，FTP下载测试软件。
2.1主控板见下图所示。主控板芯片为ADI的ADSP-BF527, 封装208pin BGA。看到没！能跑600MHz！这是非汽车级产品，汽车级产品只有208脚封装，频率也会低不少。

  
主控板正面如下图，

  
主控板反面如下图，上面有三个连接器。

  
2.2传感器板如下图所示
电路板正面图。

  
电路板背面图。

传感器特写如下图，最重要的东西！

  
  
查了下数据手册，参数如下。


  
  
3.安装软件
软件的安装比较简单，打开压缩包，直接点击setup.exe即可。安装完软件后，将开发板连接到PC，自动安装驱动。安装完的软件界面如下。

  
看了下安装包，大小360M，看了下许可，是NI Labview编译的，怪不得这么大。
4.连接开发板
按照开发手册要求连接开发板，主控板和传感器板之间使用连接板连接。主控板与连接板采用120pin连接，可以使用CON A或CON B。见CN0234_cn.pdf。

  
但是，哪个是CON A,哪个是CON B？看连接器边上也没有标注，后来看到标注在正面呢，设计人员真有想法。将传感器板电源开关滑动到关闭位置，将两节AAA电池插入电池座，注意标注的正负极啊！。连接好的电路板见下图。

  
连接到PC的USB口，自动安装驱动，然后打开传感器板的电源开关。运行软件，如下图所示。该电路板的输入信号是气体浓度；因此需要校准气体源。使用一氧化碳进行测试时，最大短时间接触限值为250 ppm。要执行系统校准，首先请确认不存在一氧化碳。要开始采集数据，请单击“Start Acquisition(开始采集)”。从“Calibrate(校准)”菜单选择“Set Zero(设置0)”。如果满意ADC读数，请单击“OK(确定)”，当前ADC读数会被存储为0点。应用校准气体，当传感器输出完全建立后，从“Calibrate(校准)”菜单中选择“Set Span(设置范围)”。输入所用校准气体的浓
度，单击“OK(确定)”。如此会存储系统范围。要应用系统校准数据，请选中前面板上的“Display Calibrated Data(显示校准数据)”复选框。如果未选中“Display Calibrated Data(显示校准数据)”复选框，程序采用默认比例值运行，即假定标称传感器响应为65 nA/ppm，无失调误差。要将校准数据保存到文件，请从“File(文件)”菜单中选择“Save Calibration Constants to File(将校准常数保存到文件)”。同样，选择“Load Calibration Constants from File(从文件加载校准常数)”可使用先前保存的校准数据。中间那个波动是俺用嘴吹出来的，据说有幽门螺旋杆菌的人会有一氧化碳产生，难道我……

  
5.下面再来分析一下硬件。
先分析一下传感器板。
下面是电源电路，可以看到有两路电源输入，一路是电池，另一路是J2。经过一颗0欧电阻，然后是反接保护电路，一般反接电路采用二极管即可，本设计采用了MOSFET，压降低。ADP2503是一颗降压-升压式DC-DC转换器，600 mA/1000 mA，2.5 MHz，输出5V。

  
接下来分析一下传感器及放大电路。电路板上配置有两种电路，本电路板采用的是低成本方案。

  
电化学传感器测量电路的原理示意图。电化学传感器的工作原理是允许气体通过薄膜扩散到传感器内，并与工作电极(WE)相互作用。传感器参考电极(RE)提供反馈，以便通过改变反电极(CE)上的电压保持WE引脚的恒定电位。WE引脚上的电流方向取决于发生的反应是氧化还是还原。在一氧化碳情况下发生的是氧化；因此，电流会流入工作电极，这要求反电极相对于工作电极处于负电压(通常为300 mV至400 mV)。驱动CE引脚的运算放大器相对于VREF应具有±1 V的输出电压范围，以便为不同类型的传感器(Alphasense应用笔记AAN-105-03，设计恒电位电路，Alphasense公司)提供充足裕量。流入WE引脚的电流对于每ppm气体浓度低于100 nA；因此将此电流转换为输出电压需要具有极低输入偏置电流的跨阻放大器。ADA4505-2运算放大器在室温下具有最大输入偏置电流为2 pA的CMOS输入，因此很适合这种应用。2.5 V ADR291为电路建立伪地基准电压，因此支持单电源供电同时消耗极低的静态电流。

  
放大器U2-A从CE引脚吸取足够的电流，以便在传感器的WE和RE引脚间保持0 V电位。RE引脚连接到U2-A的反相输入；因此其中无电流流动。这意味着电流从WE引脚流出，随气体浓度呈现线性变化。跨阻放大器U2-B将传感器电流转换为与气体浓度成正比的电压。跨阻放大器的输出电压为：VO = 2.5 V + IWE × RF，其中IWE是流入WE引脚的电流，RF是跨阻反馈电阻。CO-AX传感器的最大响应是100 nA/ppm，其最大输入范围为2000 ppm的一氧化碳。因此，最大输出电流为200 _A，最大输出电压由跨阻电阻决定。

  
使用5 V电源为电路供电可在跨阻放大器U2-B的输出端产生2.5 V的可用范围。为跨阻反馈电阻选择11.5 k_电阻可提供4.8 V的最大输出电压，从而提供大约8%的超量程能力。传感器使用65 nA/ppm的典型响应时，公式显示与一氧化碳的ppm有函数关系的电路输出电压。

  
电化学传感器的一个重要特性是极长的时间常数。首次上电时，输出建立最终值可能需要几分钟。当暴露于目标气体浓度的中量程阶跃时，传感器输出达到最终值的90%所需的时间可在25秒至40秒之间。如果RE与WE引脚间的电压产生剧烈幅度变化，传感器输出电流建立最终值可能需要几分钟。这也同样适用于传感器周期供电的情况。为避免启动时间过长，当电源电压降至JFET的栅极-源极阈值电压(约2.5 V)以下时，P沟道JFET Q1将RE引脚与WE引脚短接。
ADC的采集电路如下图所示。采用AD7798。AD7798是一个3通道，低噪音，低功耗，16-/24-Bit、 Σ-Δ ADC，带有片上放大器。

  
板子上还有一片EEPROM，通过连接器与主板相连，用于存储数据。
本想找一下主控板的源代码来玩一下，可惜没找到，论坛上说不提供，又不敢把程序刷了。
总结：ADA4505-2双通道微功耗放大器，具有轨到轨输入和输出摆幅特性，采用1.8 V至5 V单电源供电或±0.9 V至±2.5 V双电源供电。放大器采用新的电路技术，每个低成本放大器的工作电源电流小于10 _A时，可实现零输入交越失真(出色的PSRR和CMRR性能)和极低偏置电流。ADA4505-x放大器这种特性组合使其成为电池供电应用的完美之选，它们可以在电池的寿命期内将电源电压变化引起的误差降至最低，甚至对于轨到轨运算放大器，仍可保持高CMRR。
低功耗、便携式的有毒气体检测装置——ADI EVAL-CN0234-SDPZ电路板配合ADI自家的系统演示平台控制板EVAL-SDP-CB1Z、配套软件，我们可以非常方便的实现一氧化碳浓度的检测。