此文章內容節錄自本人筆記「CJ125功能模組設計實務.docx」
一、目的：
參考「CJ125_LSU49_Lambda感測模組設計指南」文件設計一「CJ125功能模組」，以利後續產品開發上的評估與應用佈署。
二、他山之石，可以攻錯（What are the other previous design issues?）：
接手某「產品設計案」前，由於其「設計案」已有多次應用CJ125晶片方案設計未果，故先針對「CJ125晶片」進行詳實研究存在其必要性。
樣品A（The PCB sample from company A）：
樣品B（the PCB sample from company B）：
三、硬體設計：
為了能採用CJ125進行快速可靠的應用，故初步設計一具備內帶電源轉換功能之「模組」將有利於後續各方面之評估。此外，由於該晶片SOIC封裝的AGND與DGND沒有分開，故適當規劃「零件布局」與「地平面切割」也更顯至關重要。
（詳另參閱TIM20121203HW專案資料)
控制介面之接腳定義：
感測器介面之接腳定義：
電源介面之接腳定義：
電路板繪製3D預覽：
實際打樣之電路板成品：
四、簡易主控電路設計：
基於合作夥伴短期內取得TIM20100605HW(ARM Board)實驗板有些困難，故臨時採用早期它案電路板進行改裝，以利能夠先初步測試「CJ125功能模組」。
另一方面，我也雙邊同步進行電路改裝與韌體撰寫。
（詳另參閱TIM21012310HW專案資料)
指導夥伴利用萬用板進行電路改裝，以連接「CJ125功能模組」：
改裝電路後初步測試「CJ125功能模組」的情形：
五、韌體設計與軟體設計：
本模組的初步測試規劃，「控制電路部份」暫借其他早期產品的備用電路板進行改裝，目標晶片型號為PIC18F2321。文字編輯器採用gVim 8.2、編譯器採用SDCC 4.0.3、連結器採用Gputils 4.2.1、除錯器採用PicKit 3、串口晶片於電路板內建Silicon Labs CP2102。
韌體架構說明(略)：(詳另參閱TIM21011810FW專案資料夾)
此外，為了設計一「內含分析模擬紀錄」的工具程式，開發環境選用Microsoft Visual Studio 2019 (IDE, C#, 目標平台為 .net 3.5)。
軟體架構說明(略)：(詳另參閱TIM21012705SW專案資料夾)
六、CJ125功能模組電路的量測結果（部份）：
a. 模組PWM驅動功率可達6A且無發熱現象。(No temperature rise；6A)
b. 電路低雜訊。(Low noise)
The voltage of Ua is 0.8908 VDC + 0.000 mVac for 30 seconds.
量測過程影片：
七、簡易主控電路之量測結果（部份）：
a. 可以推論ADC直接使用VDD當參考電壓，將產生1 LSB左右的跳動。
The voltage of VDD is 3.2855 VDC + 0.546 mVac for 30 seconds.
八、CJ125功能模組實際車測：
北美Toyota, Corolla, 1.8L, 7A-FE, AE102
LSU 4.9感測器的安裝位置在原車感測器旁（須改車）
a. 手動微調AFR數值至14.5。(Lambda value is 1 when AFR value is 14.74)
ADC 10bit @ Verf+ = VDD(3.2855V), LPF @ 15.9Hz, No use FIR filter
b. 引擎怠速測試(Engine idle speed test)
ADC 10bit @ Verf+ = VDD(3.2855V), LPF @ 15.9Hz, No use FIR filter
繼先前初步評估CJ125晶片與LSU4.9感測器的功能後，很高興自己能使用雙層PCB順利完成「CJ125功能模組」的硬體設計。另外，由於後續仍有規劃相關實驗，故此階段之電路佈局並無刻意進一步微型化。
為了使「該模組」應用上更加便利，電源與感測器模組均有考量EMC相容設計與低雜訊的電路佈局。電源輸入電壓範圍雖礙於LSU4.9感測器規格的限制，但至少初步能接受10.8V至16.5V的彈性工作範圍，保守具備向介面電路提供5V/1A穩定電源的能力。常態電路工作中並沒有任何零部件發熱(No temperature rise)且加熱電流最高可連續輸出6A（5A @ 70℃）。
對於本次「簡易主控電路」的設計，暫時選用「過去某產品」的電路進行改裝，以求省事。而其中最大的挑戰，是將18F45K20代碼移植到18F2321上運行。因為原先編譯後的代碼大小為18522 bytes，但18F2321的容量僅有8192 bytes！所幸最後窮盡自己C語言手段後，還是順利地將編譯後的代碼大小壓低至8192 bytes內。(多加一行「++i」就會超過容量)
已知問題方面，由於該「簡易主控電路」的ADC參考電壓Verf+被直接連接至VDD，所以電源雜訊會直接影響ADC數值的採樣。但對於10 bit的解析度來說，1 LSB的跳動仍尚可接受。使用電表量測後，也確認雜訊來源主要並非來自於CJ125功能模組。
由本次車測的部份結果中可以得知，當使用外力手動強制緩慢調整AFR數值至14.5時，可以觀測到AFR的數值亦緩慢往14.5靠近。完成調整後，數值也大致上算穩定地貼在14.5附近。最後，儘管我對初步整體的測試結果還算滿意，但未來實際產品應用仍有幾里路要走(still have many future works.)：
a. 整合應用功能並使用更高解析度的ADC (Use 24-bit resolution ADC, system integration)
b. 係數校正實驗(-40℃ ~ 125℃, Calibration)。
c. EMC相容實驗(EMC testing)
d. 耐久性實驗(Durability test)
e. 可靠性實驗(Reliability test)
f. 協助夥伴未來產品通過某些認證(E/e-mark, DOT…)
題外話～
我很好奇問朋友：「為什麼非得找我幫忙弄這個案子？」。
朋友回答：「之前做的那些板子，引擎點火後電路就開始不正常，根本不敢商用Orz...」。
十、參考資料：
Lambda Measurement Circuit Evaluation Experiment of LSU4.9 and CJ125_連結
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