原标题：Excelpoint -分光测色仪硬件设计方案

Excelpoint分光测色仪硬件设计方案

一、引言

分光测色仪，简称“测色仪”（或称“分光光度仪”），是分光光谱仪的一种。它通过测量物体在不同波长下的反射或透射光强度，来确定物体的颜色属性。本文旨在详细介绍Excelpoint分光测色仪的硬件设计方案，包括主控芯片的选型及其在设计中的作用。

二、系统概述

分光测色仪的硬件系统主要由光源、光接收器、信号处理器等组成。其中，光源负责发出单色光，光接收器负责接收并转换光信号为电信号，信号处理器则负责处理这些电信号并计算出颜色参数。

三、主控芯片选型及其作用

在分光测色仪的硬件设计中，主控芯片的选择至关重要。它不仅需要处理大量的数据，还需要控制光源、光接收器以及温度等参数，确保测量的准确性和稳定性。以下是几种常用的主控芯片型号及其在设计中的作用。

1. ADI公司LT3092恒流源芯片

型号：LT3092

作用：

• 恒流源设计：LT3092是一款单芯片集成的恒流源解决方案，适用于小功率LED的恒流驱动。其最大输出电流为200mA，满足分光测色仪中光源的稳定性要求。

• 高精度微恒流源：LT3092内部集成了一个高精度微恒流源（10uA），结合精密电阻可以组成高精度的参考电压源，用于校准和稳定光源的发光强度。

• 数字电位器控制：通过连接数字电位器（如ADI公司的AD5610），LT3092的SET引脚可以直接由MCU控制，实现实时调节电流的功能。这对于分光测色仪中不同波长LED的恒流驱动非常有用。

• 多通道模拟开关：当分光测色仪使用多个不同波长的LED时，可以为每个LED配上一个恒流源，但更经济的方案是使用一个恒流源配合模拟开关（如ADI公司的ADG452）切换通道。ADG452单芯片集成了4通道模拟开关，具有较低的导通电阻和快速的开关频率，满足设计需求。

2. ADI公司LT3085恒流源芯片

型号：LT3085

作用：

• 大电流输出：LT3085是一款输出电流更大的恒流源芯片，最大输出电流可达500mA。这使得它适用于需要更高功率的加热器驱动，如分光测色仪中的恒温控制电路。

• 恒流驱动加热器：在恒温控制电路中，加热器需要稳定的电流驱动以保持光源的温度稳定。LT3085配合数字电位器，可以由MCU实时调节电流变化，从而控制加热器的功率输出。

• 低噪声、低漂移：LT3085具有低噪声和低漂移的特性，这使得它在精密测量应用中表现出色。在分光测色仪中，这些特性有助于确保测量的准确性和稳定性。

3. ADI公司AD7124-4高精度模数转换器

型号：AD7124-4

作用：

• 高精度采集温度数据：AD7124-4是一款集成程控放大器和高性能多通道Σ-Δ型模数转换器（ADC）的器件。它可以直接连接小信号传感器（如PT100温度传感器）而无需放大电路，提供高达19 kSPS、24位的高分辨率数据采集。

• 集成激励电流源：AD7124-4内置激励电流源，设置范围从50 μA到1 mA，方便给温度传感器供电。

• 节省硬件成本：由于AD7124-4集成了多个功能，如程控放大器、激励电流源和模数转换器，因此可以显著节省硬件成本，并简化电路设计。

4. ADI公司ADPD2211光电二极管放大器

型号：ADPD2211

作用：

• 超高灵敏度：ADPD2211自带24倍电流放大器，具有超高的灵敏度，适用于光电转换电路中的光电二极管（PD）信号放大。

• 低噪声：ADPD2211具有极低的电流噪声（90fA/√Hz），这对于提高分光测色仪的测量精度至关重要。

• 高速响应：ADPD2211具有极好的脉冲响应（典型带宽达400KHz），能够快速响应光信号的变化，确保测量的实时性。

5. ADI公司ADuCM361高性能MCU

型号：ADuCM361

作用：

• 高性能模拟部分：ADuCM361是一款结合了高精度ADC与高性能MCU的器件。它内置32位ARM Cortex-M3处理器，集成了多个外设如UART、SPI、IIC、Timer、DMA、DAC、Watchdog等，方便使用。

• 多通道ADC模块：ADuCM361集成了4 kSPS、24位高性能多通道Σ-Δ型模数转换器（ADC），可以在全差分和单端模式下工作。这使得它能够满足分光测色仪中光电数据采集、温度传感器驱动以及DAC控制光源恒流源等多种需求。

• 可编程激励电流源：ADuCM361附带的可编程激励电流源可以应用于许多电流驱动型的传感器，如温度传感器PT100。

• 节省硬件成本：由于ADuCM361集成了多个功能，因此可以显著节省硬件成本，并简化电路设计。同时，它的高性能模拟部分使得分光测色仪的测量精度和稳定性得到进一步提升。

四、硬件设计方案

1. 光源模块

光源模块采用小功率单波长LED作为光源。为了保持LED发光的稳定性，需要设计恒流源电路。在这里，我们可以选择LT3092恒流源芯片配合数字电位器AD5610来实现实时调节电流的功能。如果需要多个不同波长的LED，可以使用ADG452模拟开关来切换通道。

2. 光接收器模块

光接收器模块采用光电二极管（PD）作为光信号接收器。为了将光信号转换为电信号并进行放大，我们可以选择ADPD2211光电二极管放大器。它具有超高的灵敏度和低噪声特性，能够满足分光测色仪对测量精度的要求。

3. 信号处理器模块

信号处理器模块采用ADuCM361高性能MCU作为核心处理器。它集成了多通道ADC模块、DAC模块以及多个外设接口，可以满足分光测色仪中数据处理和控制的各种需求。同时，它的可编程激励电流源可以应用于温度传感器PT100的驱动。

4. 恒温控制电路

恒温控制电路由加热器、温度传感器、温度保护器和控制器组成。加热器采用恒流驱动方式，可以选择LT3085恒流源芯片作为驱动芯片。温度传感器选择线性好、精度高的PT100。控制器采用ADuCM361高性能MCU，通过PID算法控制驱动器调节加热器的功率输出，达到恒温控制的目的。

五、结论

本文详细介绍了Excelpoint分光测色仪的硬件设计方案，包括主控芯片的选型及其在设计中的作用。通过选择LT3092恒流源芯片、LT3085恒流源芯片、AD7124-4高精度模数转换器、ADPD2211光电二极管放大器以及ADuCM361高性能MCU等器件，我们构建了一个稳定、准确且高效的分光测色仪硬件系统。这些器件的选择不仅满足了设计需求，还显著节省了硬件成本并简化了电路设计。未来，随着技术的不断发展，我们可以进一步优化这些器件的选择和电路设计，以提高分光测色仪的性能和稳定性。