原標題：Excelpoint -分光測色儀硬件設計方案

Excelpoint分光測色儀硬件設計方案

一、引言

分光測色儀，簡稱“測色儀”（或稱“分光光度儀”），是分光光譜儀的一種。它通過測量物體在不同波長下的反射或透射光強度，來確定物體的顏色屬性。本文旨在詳細介紹Excelpoint分光測色儀的硬件設計方案，包括主控芯片的選型及其在設計中的作用。

二、系統概述

分光測色儀的硬件系統主要由光源、光接收器、信號處理器等組成。其中，光源負責發出單色光，光接收器負責接收并轉換光信號為電信號，信號處理器則負責處理這些電信號并計算出顏色參數。

三、主控芯片選型及其作用

在分光測色儀的硬件設計中，主控芯片的選擇至關重要。它不僅需要處理大量的數據，還需要控制光源、光接收器以及溫度等參數，確保測量的準確性和穩定性。以下是幾種常用的主控芯片型號及其在設計中的作用。

1. ADI公司LT3092恒流源芯片

型號：LT3092

作用：

• 恒流源設計：LT3092是一款單芯片集成的恒流源解決方案，適用于小功率LED的恒流驅動。其最大輸出電流為200mA，滿足分光測色儀中光源的穩定性要求。

• 高精度微恒流源：LT3092內部集成了一個高精度微恒流源（10uA），結合精密電阻可以組成高精度的參考電壓源，用于校準和穩定光源的發光強度。

• 數字電位器控制：通過連接數字電位器（如ADI公司的AD5610），LT3092的SET引腳可以直接由MCU控制，實現實時調節電流的功能。這對于分光測色儀中不同波長LED的恒流驅動非常有用。

• 多通道模擬開關：當分光測色儀使用多個不同波長的LED時，可以為每個LED配上一個恒流源，但更經濟的方案是使用一個恒流源配合模擬開關（如ADI公司的ADG452）切換通道。ADG452單芯片集成了4通道模擬開關，具有較低的導通電阻和快速的開關頻率，滿足設計需求。

2. ADI公司LT3085恒流源芯片

型號：LT3085

作用：

• 大電流輸出：LT3085是一款輸出電流更大的恒流源芯片，最大輸出電流可達500mA。這使得它適用于需要更高功率的加熱器驅動，如分光測色儀中的恒溫控制電路。

• 恒流驅動加熱器：在恒溫控制電路中，加熱器需要穩定的電流驅動以保持光源的溫度穩定。LT3085配合數字電位器，可以由MCU實時調節電流變化，從而控制加熱器的功率輸出。

• 低噪聲、低漂移：LT3085具有低噪聲和低漂移的特性，這使得它在精密測量應用中表現出色。在分光測色儀中，這些特性有助于確保測量的準確性和穩定性。

3. ADI公司AD7124-4高精度模數轉換器

型號：AD7124-4

作用：

• 高精度采集溫度數據：AD7124-4是一款集成程控放大器和高性能多通道Σ-Δ型模數轉換器（ADC）的器件。它可以直接連接小信號傳感器（如PT100溫度傳感器）而無需放大電路，提供高達19 kSPS、24位的高分辨率數據采集。

• 集成激勵電流源：AD7124-4內置激勵電流源，設置范圍從50 μA到1 mA，方便給溫度傳感器供電。

• 節省硬件成本：由于AD7124-4集成了多個功能，如程控放大器、激勵電流源和模數轉換器，因此可以顯著節省硬件成本，并簡化電路設計。

4. ADI公司ADPD2211光電二極管放大器

型號：ADPD2211

作用：

• 超高靈敏度：ADPD2211自帶24倍電流放大器，具有超高的靈敏度，適用于光電轉換電路中的光電二極管（PD）信號放大。

• 低噪聲：ADPD2211具有極低的電流噪聲（90fA/√Hz），這對于提高分光測色儀的測量精度至關重要。

• 高速響應：ADPD2211具有極好的脈沖響應（典型帶寬達400KHz），能夠快速響應光信號的變化，確保測量的實時性。

5. ADI公司ADuCM361高性能MCU

型號：ADuCM361

作用：

• 高性能模擬部分：ADuCM361是一款結合了高精度ADC與高性能MCU的器件。它內置32位ARM Cortex-M3處理器，集成了多個外設如UART、SPI、IIC、Timer、DMA、DAC、Watchdog等，方便使用。

• 多通道ADC模塊：ADuCM361集成了4 kSPS、24位高性能多通道Σ-Δ型模數轉換器（ADC），可以在全差分和單端模式下工作。這使得它能夠滿足分光測色儀中光電數據采集、溫度傳感器驅動以及DAC控制光源恒流源等多種需求。

• 可編程激勵電流源：ADuCM361附帶的可編程激勵電流源可以應用于許多電流驅動型的傳感器，如溫度傳感器PT100。

• 節省硬件成本：由于ADuCM361集成了多個功能，因此可以顯著節省硬件成本，并簡化電路設計。同時，它的高性能模擬部分使得分光測色儀的測量精度和穩定性得到進一步提升。

四、硬件設計方案

1. 光源模塊

光源模塊采用小功率單波長LED作為光源。為了保持LED發光的穩定性，需要設計恒流源電路。在這里，我們可以選擇LT3092恒流源芯片配合數字電位器AD5610來實現實時調節電流的功能。如果需要多個不同波長的LED，可以使用ADG452模擬開關來切換通道。

2. 光接收器模塊

光接收器模塊采用光電二極管（PD）作為光信號接收器。為了將光信號轉換為電信號并進行放大，我們可以選擇ADPD2211光電二極管放大器。它具有超高的靈敏度和低噪聲特性，能夠滿足分光測色儀對測量精度的要求。

3. 信號處理器模塊

信號處理器模塊采用ADuCM361高性能MCU作為核心處理器。它集成了多通道ADC模塊、DAC模塊以及多個外設接口，可以滿足分光測色儀中數據處理和控制的各種需求。同時，它的可編程激勵電流源可以應用于溫度傳感器PT100的驅動。

4. 恒溫控制電路

恒溫控制電路由加熱器、溫度傳感器、溫度保護器和控制器組成。加熱器采用恒流驅動方式，可以選擇LT3085恒流源芯片作為驅動芯片。溫度傳感器選擇線性好、精度高的PT100。控制器采用ADuCM361高性能MCU，通過PID算法控制驅動器調節加熱器的功率輸出，達到恒溫控制的目的。

五、結論

本文詳細介紹了Excelpoint分光測色儀的硬件設計方案，包括主控芯片的選型及其在設計中的作用。通過選擇LT3092恒流源芯片、LT3085恒流源芯片、AD7124-4高精度模數轉換器、ADPD2211光電二極管放大器以及ADuCM361高性能MCU等器件，我們構建了一個穩定、準確且高效的分光測色儀硬件系統。這些器件的選擇不僅滿足了設計需求，還顯著節省了硬件成本并簡化了電路設計。未來，隨著技術的不斷發展，我們可以進一步優化這些器件的選擇和電路設計，以提高分光測色儀的性能和穩定性。