使用電化學(xué)傳感器的單電源、微功耗有毒氣體探測(cè)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(yīng)也極低；因此可以利用這一點(diǎn)，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(yīng)時(shí)間相比，它對(duì)傳感器響應(yīng)時(shí)間的影響也可忽略。

電化學(xué)傳感器的一個(gè)重要特性是極長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù)。首次上電時(shí)，輸出建立最終值可能需要幾分鐘。當(dāng)暴露于目標(biāo)氣體濃度的中量程階躍時(shí)，傳感器輸出達(dá)到最終值的90%所需的時(shí)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(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)電源電壓降至JFET的柵極-源極閾值電壓（約2.5 V）以下時(shí)，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(hù)，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(wú)需改變材料清單。AD5271提供20 kΩ、50 kΩ或100 kΩ的標(biāo)稱電阻值。由于有256個(gè)跳變位置，因此100 kΩ選項(xiàng)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(duì)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(yīng)用可能需要使用外部電源運(yùn)行。實(shí)施雙電源配置的最有效方式是使用內(nèi)置開關(guān)且具有機(jī)械斷開特性的電源插座，在將外部電源插頭插入插座時(shí)可自動(dòng)移除電池電源。

本文所述電路具有極低的功耗。使用兩個(gè) ADA4528-1 運(yùn)算放大器代替ADA4505-2可大幅降低噪聲，提高精度，但功耗也會(huì)增加。ADA4528-1具有實(shí)際為零的失調(diào)漂移和業(yè)界領(lǐng)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(jià)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(hào)微控制器中的內(nèi)置轉(zhuǎn)換器。

對(duì)于必須測(cè)量氣體濃度ppm比例的應(yīng)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(píng)估與測(cè)試

本電路使用 EVAL-CN0234-SDPZ電路評(píng)估板和EVAL-SDP-CB1Z系統(tǒng)演示平臺(tái)(SDP)評(píng)估板。此外，連接兩個(gè)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(duì)電路的輸出電壓進(jìn)行數(shù)字化處理。

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

設(shè)備要求

需要以下設(shè)備：

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

·EVAL-CN0234-SDPZ電路評(píng)估板和適配板

·EVAL-SDP-CB1Z SDP評(píng)估板

·CN0234評(píng)估軟件

·兩節(jié)AAA電池

·校準(zhǔn)氣體（建議使用低于250 ppm的CO）

開始使用

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

功能框圖

圖3顯示測(cè)試設(shè)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(shè)計(jì)支持中。

圖3. 測(cè)試設(shè)置功能框圖