低功耗有毒氣體探測器設(shè)計方案

使用65 nA/ppm的典型傳感器響應(yīng)，可以通過下式將輸出電壓轉(zhuǎn)換為一氧化碳的ppm:

采用差分輸入ADC時，只需將2.5 V基準(zhǔn)電壓輸出端連接到ADC的AIN-端，從而消除公式3中的2.5 V項。

電阻R4使跨導(dǎo)放大器的噪聲增益保持在合理水平。R4的值需權(quán)衡兩個因素：噪聲增益的幅度和暴露于高濃度氣體時傳感器的建立時間誤差。對于本電路，R4 = 33 Ω，由此可計算噪聲增益等于380,如公式4所示。

跨導(dǎo)放大器的輸入噪聲應(yīng)乘以此增益。ADA4505-2的0.1 Hz至10 Hz輸入電壓噪聲為2.95 μV p-p,因此輸出端的噪聲為：

該輸出噪聲相當(dāng)于1.3 ppm p-p以上的氣體濃度，這種低頻噪聲難以濾除。幸好傳感器響應(yīng)非常慢，因此由R5和C6構(gòu)成的低通濾波器可以具有0.16 Hz的截止頻率。此濾波器的時間常數(shù)為1秒，與傳感器的30秒響應(yīng)時間相比可忽略不計。

Q1為P溝道JFET.電路啟動時，柵極電壓為VCC,晶體管斷開。系統(tǒng)關(guān)斷時，柵極電壓降至0 V,JFET開啟，使RE端和WE端保持相同的電位。當(dāng)電路再次啟動時，這可以大大改善傳感器的開啟建立時間。

該電路由兩節(jié)AAA電池供電。使用二極管提供反向電壓保護(hù)會浪費寶貴的電能，因此本電路使用P溝道MOSFET (Q2)。該MOSFET通過阻塞反向電壓來保護(hù)電路，施加正電壓時導(dǎo)通。MOSFET的導(dǎo)通電阻小于100 mΩ，因此它引起的壓降遠(yuǎn)小于二極管。除AAA電池以外，降壓-升壓調(diào)節(jié)器ADP2503還允許使用最高5.5 V的外部電源。在省電模式下工作時，ADP2503的功耗僅38 μA.由L2、C12和C13構(gòu)成的濾波器可消除模擬電源軌產(chǎn)生的任何開關(guān)噪聲。連接外部電源時，該儀表不是通過一個電路來斷開電池，而是利用一個插孔以機械方式斷開電池，從而避免電能浪費。

使用AAA電池時，正常情況(未檢測到氣體)下的總功耗約為100 μA,最差情況(檢測到2,000 ppm CO)下的總功耗約為428 μA.如果該儀表與一個微控制器相連，在不進(jìn)行測量時可進(jìn)入低功耗待機模式，則電池壽命可達(dá)1年以上。