双通道色度计设计：可编程增益与同步检波

"本文介绍了一种双通道色度计的设计，该设计采用了可编程增益跨阻放大器和低噪声24位Σ-Δ型模数转换器(ADC)，结合FPGA实现同步检波算法，提高了测量精度和抑制噪声的能力。这种色度计主要用于通过吸收光谱测量液体浓度和材料特性，适用于化学分析和环境监控领域。" 在色度计的电路设计中，调制光源发射器由恒流驱动器、开关和数字电位计组成，能够以用户可编程的频率调制三种不同颜色的LED。分光镜将光线分为两部分，分别通过样本和参考容器，光电二极管检测透射光线并将其转换为电流。接着，ADA4528-1作为跨阻放大器，将电流转化为电压信号，其增益可以通过SPDT开关ADG633进行选择。AD7175-2是一款高性能的Σ-Δ型ADC，它能以高分辨率捕获这些电压信号，并将数字化的数据传输给FPGA。 FPGA在接收ADC数据后执行同步检波算法。它首先生成一个与LED时钟同步的正弦波，然后将这个正弦波与ADC数据进行相乘，实现调制信号的解调。同时，90°相移的正弦波也与ADC数据相乘，得到正交分量。这使得系统可以提取出低频的解调信号，从而准确计算出光电二极管检测到的光强及其相位信息。通过窄带FIR低通滤波器，可以有效地滤除高频噪声，提高测量的稳定性。 此外，多路复用器ADG704允许用户选择不同的LED波长进行测试，2位地址控制选择特定的测试条件。电流源部分由AD8615运算放大器和NPN晶体管构成，确保了LED的恒定电流驱动，其电流值可以根据公式计算得出，与非调制频率的噪声源相比，这种方法显著提高了系统的精度和抗干扰能力。 这款双通道色度计利用了先进的电子组件和数字处理技术，实现了对光吸收的精确测量，特别适用于需要高精度和稳定性的化学分析和环境监测应用场景。通过可编程增益和同步检波算法，系统能够有效地排除噪声干扰，提高测量的可靠性和准确性。