本文將探討在系統中加入高精準隔離機制。對於包括監視遠離系統的水體pH值、監視持續變化的基準值、或是在發生誤差時保護系統不受高電壓影響等應用情境而言，這種機制至關重要。
pH值衡量液體的酸度與鹹度，其數值是無單位的讀數，定義為氫離子活性對數的負值，公式如下：
pH = –log10 a(H+)
純水的pH值為7，pH值低於7定義為酸性水，高於7則為鹹性水。一般常用的指示劑會根據pH值變成相對應的顏色以用來量測pH值，但這類量測法僅能提供概略的數值。圖1顯示的電路，作用是裝在組合式玻璃電極中執行檢測。其精準度為0.5%的pH值，範圍從0~14，並對溫度進行補償。該電路支援種類眾多的pH感測器，支援高阻抗值，範圍從1 MΩ~數GΩ。
pH值探棒包含一個量測電極以及一個參考電極，整個迴路的作用相當於一個電池。當探棒浸入到受測溶液時，量測電極會根據氫離子活性高低產生相對應的電壓。典型的輸出值是攝氏25度下每個pH值單位為59.14 mV。由於具溫度相依性，這個值可能隨著溫度升高到70 mV/pH。之後這個電壓值再和參考電極比較。若受測溶液為酸性(低pH值)則探棒的輸出值會大於零; 鹹性溶液則會低於零。輸出值再根據以下公式進行計算：
這裡的E是探棒的輸出電壓，E0是標準電極的電動勢(一般為0伏特)，實際數據依探棒而異。
R是通用氣體常數。R = 8.31447 J mol−1 K−1。
T為溫度，單位為克耳文(Kelvin)。
n是轉移電子的數量(或當量數)。
F為法拉第常數。F = 96485.34 C mol−1。
pH是已知溶液的氫離子濃度。pHREF = 7，參考電極的參考值。
隔離式ADC構造簡單/精度高
電路的三個主要元件包括偵測的緩衝區、類比數位轉換器(ADC)、以及電壓輸送的隔離器。這裡選用的是緩衝運算放大器，因為它具備低功耗、低雜訊、以及極低的輸入偏壓電流。低輸入偏壓電流通常為200 fA，確保經過內部電阻的電流導致的電壓降會減至最低程度。另一個重要元件為ADC，這裡所選用的是AD7793，這個24位元∑-Δ 轉換器內含整合式電源以及可編程放大器。整合式電流電源產生的電流會經過Pt1000，在這個設計中，會在處理器中進行必要的量測溫度補償步驟。相同的電流還會經過5 kΩ電阻(0.1%容許公差)，進而產生1.05伏的參考電壓。電阻的第二功能是拉高共模電壓。經過上述元件以及參考電壓之後，系統就會完全利用ADC的輸入範圍：探棒輸出±414 mV~最高±490 mV。隔離器選用的是ADuM5411，這個隔離式直流對直流轉換器還能同時為ADC的SPI介面提供隔離功能。
為了達到高精準度，選用的運算放大器其輸入偏壓電流為200 fA，在1 GΩ的偵測阻抗下最大偏移電壓為0.2mV。這樣的規格相當於攝氏25度下0.0037個pH值單位。即使最大輸入偏壓電流為1 pA，在電壓1 mV下，最大偏移誤差也相當低。為保持如此良好的起始狀態，建議採用各種適合的配置方法，像是保護環(Guard Ring)、遮蔽、或其他不會受到極低電流影響的技巧。在選用16.7 Hz資料傳輸率以及增益為1的狀況下，ADC產生的雜訊約為2 µV rms。若以13 µV峰至峰雜訊來計算，pH值的精準度為0.00022個pH值單位。若一併納入來自放大器以及ADC的雜訊，則可推算出0.00053個pH值單位，可看出偏置誤差明顯大得許多。
(本文由ADI提供)
