使用電化學傳感器的單電源、微功耗有毒氣體探測器

由于這是極低頻1/f噪聲，所以很難濾除。然而，傳感器響應也極低；因此可以利用這一點，使用截止頻率為0.16 Hz的極低頻率低通濾波器（R5和C6）。即使是這樣的低頻濾波器，與30秒的傳感器響應時間相比，它對傳感器響應時間的影響也可忽略。

電化學傳感器的一個重要特性是極長的時間常數(shù)。首次上電時，輸出建立最終值可能需要幾分鐘。當暴露于目標氣體濃度的中量程階躍時，傳感器輸出達到最終值的90%所需的時間可在25秒至40秒之間。如果RE與WE引腳間的電壓產(chǎn)生劇烈幅度變化，傳感器輸出電流建立最終值可能需要幾分鐘。這也同樣適用于傳感器周期供電的情況。為避免啟動時間過長，當電源電壓降至JFET的柵極-源極閾值電壓（約2.5 V）以下時，P溝道JFET Q1將RE引腳與WE引腳短接。

兩節(jié)AAA電池或2.3 V至5.5 V電源為此電路供電。Q2提供反向電壓保護，ADP2503將輸入電源調(diào)節(jié)至傳感器供電所需的5 V電壓。

常見變化

如果使用可編程變阻器（如AD5271 ），而不是固定跨阻電阻(R8)，本電路就可以用于不同的氣體傳感器，而無需改變材料清單。AD5271提供20 kΩ、50 kΩ或100 kΩ的標稱電阻值。由于有256個跳變位置，因此100 kΩ選項的階躍為390.6 Ω。AD5271的電阻溫度系數(shù)為5 ppm/°C，優(yōu)于大多數(shù)分立電阻；其電源電流為1 μA，對系統(tǒng)功耗的影響極小。

雖然兩節(jié)AAA電池就能為圖1所示電路供電數(shù)月之久，一些應用可能需要使用外部電源運行。實施雙電源配置的最有效方式是使用內(nèi)置開關且具有機械斷開特性的電源插座，在將外部電源插頭插入插座時可自動移除電池電源。

本文所述電路具有極低的功耗。使用兩個 ADA4528-1 運算放大器代替ADA4505-2可大幅降低噪聲，提高精度，但功耗也會增加。ADA4528-1具有實際為零的失調(diào)漂移和業(yè)界領先的低輸入電壓噪聲。

同樣，ADR3425 可取代ADR291，從而獲得極低溫漂；但代價是功耗增加。

最后，圖1所示電路適用于與12位ADC接口，例如大多數(shù)混合信號微控制器中的內(nèi)置轉(zhuǎn)換器。

對于必須測量氣體濃度ppm比例的應用，使用ADA4528-1和ADR3425使得電路性能適合與16位ADC接口，例如AD7798或AD7171。

電路評估與測試

本電路使用 EVAL-CN0234-SDPZ電路評估板和EVAL-SDP-CB1Z系統(tǒng)演示平臺(SDP)評估板。此外，連接兩個電路板需要EVAL-CN0234-SDPZ附帶的小適配板。EVAL-CN0234-SDPZ包括AD7798 16位Σ-Δ型ADC，用于對電路的輸出電壓進行數(shù)字化處理。

CN-0234評估軟件與SDP板通信，以從EVAL-CN0234-SDPZ電路評估板捕捉數(shù)據(jù)。

設備要求

需要以下設備：

·帶USB端口的Windows? XP、Windows Vista（32位）或Windows 7（32位）PC

·EVAL-CN0234-SDPZ電路評估板和適配板

·EVAL-SDP-CB1Z SDP評估板

·CN0234評估軟件

·兩節(jié)AAA電池

·校準氣體（建議使用低于250 ppm的CO）

開始使用

將CN0234評估軟件光盤放入PC的光盤驅(qū)動器，加載評估軟件。打開“My Computer（我的電腦）”，找到包含評估軟件光盤的驅(qū)動器，打開Readme 文件。按照Readme 文件中的說明安裝和使用評估軟件。

功能框圖

圖3顯示測試設置的功能框圖。EVAL-CN0234-SDPZ-SCH PDF文件提供了完整電路原理圖。此文件位于CN0234 設計支持中。

圖3. 測試設置功能框圖