完全隔离式电导率测量数据采集系统 数据采集, 电导率, 分析仪, 测量, 隔离

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关键字：电导率测量   数据采集   阻抗转换器   运算放大器   数字隔离器  



连接/参考器件
AD5934
250 kSPS、12位阻抗转换器网络分析仪
AD8606
精密、低噪声、轨到轨输入/输出、CMOS、运算放大器（双通道）
ADG715
CMOS、低电压、I2C控制、八通道单刀单掷开关
ADuM1250
双通道I2C数字隔离器
ADuM5000
2.5 kV、隔离式DC/DC转换器

评估和设计支持
电路评估板
CN-0349电路评估板(EVAL-CN0349-PMDZ)
SDP-I-PMOD转接板(SDP-PMD-IB1Z)
系统演示平台，SDP-B (EVAL-SDP-CB1Z)

设计和集成文件
原理图、布局文件、物料清单

电路功能与优势

图1显示的电路提供了完整可靠的数据采集解决方案，用于测量被测物的电导，包括温度校正。此电路非常适合测量液体的离子含量，以及进行水质分析和化学分析。

该设计针对高精度和低成本优化，仅使用5个有源器件。校准后，该电路总误差小于1% FSR。所有器件均具有小尺寸，因此该电路非常适合注重印刷电路板(PCB)空间的应用。该电路的数字输出是完全隔离的；因此，该电路不存在接地环路干扰问题，非常适合在恶劣工业环境下使用。



图1.用于电导率测量的完全隔离式数据采集系统（简化原理图： 未显示所有引脚、连接和去耦）


电路描述

图1中显示的电路集成了AD5934 12位阻抗转换器、ADG715八通道单刀单掷(SPST)开关、AD8606轨到轨运算放大器、ADuM1250双通道I2C隔离器以及ADuM5000隔离式DC-DC转换器，形成用于电导率测量的完整数据采集系统。该电路具有板载8引脚IMOD连接器，可用于连接客户微处理器或现场可编程门阵列(FPGA)。

AD5934是一款高精度的阻抗转换器系统解决方案，片上集成一个可编程直接数字频率合成器(DDS)和一个12位、250 kSPS模数转换器(ADC)。可调频率发生器产生已知频率来激励外部复阻抗。 片上DAC监控未知阻抗的电压和电流。AD5933是与1 MSPS ADC类似的器件。片上数字信号处理器(DSP)引擎计算离散傅里叶变换(DFT)。 DFT算法在每个输出频率返回一个实部(R)数据字和一个虚部(I)数据字。

选择AD8606运算放大器的原因是该器件具有低失调电压（最大值65 μV）、低偏置电流（最大值1 pA）和低噪声（最大值12 nV/√Hz）等特性。

ADG715是一款互补金属氧化物半导体(CMOS)、8通道单刀单掷开关，通过双线串行接口控制，该接口可兼容I2C接口标准。该器件的功耗较低，具有2.7 V至5.5 V的低工作电源范围和低导通电阻（通常为2.5Ω），采用小型24引脚TSSOP 封装，因而成为诸多应用的理想之选。

ADuM5000是一款隔离式DC/DC转换器，具有3.3 V或5 V输出，基于ADI公司的isoPower技术，采用16引脚SOIC封装。

ADuM1250是一款支持热插拔的数字隔离器，提供非闩锁双向通信通道，且与I2C接口兼容，基于ADI公司的iCoupler芯片级变压器技术，采用8引脚SOIC封装。