适用于智能农业的超低功耗光识别系统

电压值。

对于3.3 V基准电压，GAIN = 1且N = 16，上述公式可简化为下式：

输出码 = 65,535 × AIN)/3.3

此式在中间电平时产生输出码32,767，在满量程时产生输出码65,535 V。

LSB大小为3.3 V/65,536 = 50.35 μV。

16位时，1 LSB相当于满量程的0.0015%，或者15 ppm FS。

3.15 V共模电压驱动ADC差分输入的正输入引脚，以免在ADC内部缓冲器开启时发生任何裕量问题。

每个ADC输入通道还有一个共模和差分滤波器用来降低噪声。共模滤波器由1 kΩ/470 pF组合构成，截止频率为340 kHz。差模滤波器由2 kΩ/4.7 nF组合构成，截止频率为17 kHz。

噪声测量

系统有效分辨率由噪声决定，通常用无噪声码分辨率来表示。

表1给出了零电流和满量程电流时板上光电二极管的噪声分布。为实现零电流，光电二极管被覆盖起来。针对每种条件采集总共1000个样本。

表1.光强度为零和满量程时的噪声（1000样本）

无噪声码分辨率通过下式计算：

无噪声码分辨率

峰峰值噪声

其中：

N为位数。

峰峰值噪声为噪声分布的扩展。

满量程时测得的最大噪声分布为3 LSB。代入公式中，求得无噪声码分辨率为14.4位。零电平时的噪声小于1 LSB。

光强度转换为电流及通道增益选择

光电二极管的输出电流与所施加的光强度大致呈线性关系，但红光、绿光和蓝光二极管的相对灵敏度不同。因此，各通道的增益必须单独确定以便选择最佳的反馈电阻值。

近似零偏置（短路）输出电流与光强度（照度）的关系必须根据光电二极管数据手册确定。例如，Everlight CLS15-22C/L213R/TR8红光二极管指定86 nA对应100 lux，即灵敏度S = 86 nA/100 lux = 860 pA/lux。反馈电阻值RFB通过下式计算：

其中：

VFSP-P为所需的峰峰值满量程输出电压摆幅，3.0 V。

S为从数据手册获得的灵敏度（单位为pA/lux，Everlight红光二极管的灵敏度为860 pA/lux）。

INTMAX为满量程时的最大光强度（单位为lux，直射太阳光为120,000 lux）。

将红光二极管参数代入公式中得到RFB = 29,069 ?，电路中的红光通道反馈电阻使用最接近的标准值28.7 k?。

对绿光和蓝光通道可进行类似的计算，分别得到33.2 k?和61.9 k?的RFB值。

现在就可以写出光强度(lux)与ADC输出码CODEADC的一般关系式：

CODEADC

光强度

勒克斯

其中：

CODEADC为ADC输出码。

N为ADC分辨率(16)。

VREF为ADC基准电压(3.3 V)。

VFS-PP为二极管输出电流最大时运算放大器的满量程峰峰值输出摆幅(3.0 V)。

颜色图谱测量

测试多种白色光源以确定其对电路中光电二极管的470 nm、550 nm和620 nm窄带滤波器的响应。

图3显示对一个30 cm处3.5 W白色LED光源的响应。图4显示对一个30 cm处10 W LED泛光灯光源的响应。图5显示对一个35 cm处50 W LED白炽灯光源的响应。

图3.30 cm处3.5 W白色LED光源的强度

图4.30 cm处10 W LED泛光灯光源的强度

图5.35 cm处50 W LED白炽灯光源的强度

电路板布局考量

光电二极管的高阻抗电流路径容易产生漏电流，必须考虑予以屏蔽。为使屏蔽体发挥作用，必须将其连接到正确的基准电位（参见应用笔记AN-347--屏蔽和接地）。

应当精心考虑电路板上的电源和接地回路布局。印刷电路板必须将模拟部分与数字部分分离。如果该电路所在系统有多个器件要求模拟地至数字地连接，则只能在一个点上进行连接。所有器件的电源必须通过至少0.1 μF的电容旁路。这些旁路电容必须尽可能靠近器件，电容最好正对着器件。所选0.1 μF电容必须具有低有效串联电阻(ESR)和低有效串联电感(ESL)，例如陶瓷型电容。0.1 μF电容为瞬变电流提供低阻抗接地路径。电源走线必须尽可能宽，以提供低阻抗供电路径。为实现最佳性能，必须采用适当的布局、接地和去耦技术（请参考指南MT-031--实现数据转换器的接地并解开AGND和DGND的谜团，以及指南MT-101--去耦技术）。

包括原理图、布局和物料清单的完整文档位于CN-0397设计支持包中(www.analog.com/CN0397-DesignSupport)。

常见变化

EVAL-CN0397-ARDZ板上装有Everlight CLS15-22C/L213x/TR8二极管。不过，电路板上有一个用于安装Hamamatsu S7505-01二极管的位置，该二极管在单一封装中集成所有三个二极管，其阴极在内部相连。

如果用其他二极管替换板上的Everlight二极管，则还需要根据特定二极管规格，更换反馈电阻和电容。反馈电阻和电容的焊盘足够大，便于拆除和安装不同元件。

如果愿意用一定的功耗来换取更低的偏置电流，可以