使用電化學(xué)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(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秒的傳感器響應時(shí)間相比，它對傳感器響應時(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(cháng)的時(shí)間常數。首次上電時(shí)，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(shí)，傳感器輸出達到最終值的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(cháng)，當電源電壓降至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將輸入電源調節至傳感器供電所需的5 V電壓。

常見(jiàn)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的標稱(chēng)電阻值。由于有256個(gè)跳變位置，因此100 kΩ選項的階躍為390.6 Ω。AD5271的電阻溫度系數為5 ppm/°C，優(yōu)于大多數分立電阻；其電源電流為1 μA，對系統功耗的影響極小。

雖然兩節AAA電池就能為圖1所示電路供電數月之久，一些應用可能需要使用外部電源運行。實(shí)施雙電源配置的最有效方式是使用內置開(kāi)關(guān)且具有機械斷開(kāi)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，例如大多數混合信號微控制器中的內置轉換器。

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系統演示平臺(SDP)評估板。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，用于對電路的輸出電壓進(jìn)行數字化處理。

CN-0234評估軟件與SDP板通信，以從EVAL-CN0234-SDPZ電路評估板捕捉數據。

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AAA電池

·校準氣體（建議使用低于250 ppm的CO）

開(kāi)始使用

將CN0234評估軟件光盤(pán)放入PC的光盤(pán)驅動(dòng)器，加載評估軟件。打開(kāi)“My Computer（我的電腦）”，找到包含評估軟件光盤(pán)的驅動(dòng)器，打開(kāi)Readme 文件。按照Readme 文件中的說(shuō)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