“十面霾伏”，ADI專(zhuān)家解讀氣體監測技術(shù)趨勢和解決

以一個(gè)ADI已經(jīng)可以提供給客戶(hù)的實(shí)驗室電路CN0234——“使用電化學(xué)傳感器的單電源、微功耗有毒氣體探測器”為例：

1.低功耗——正常條件下，實(shí)驗室電路中的ADI放大器、dc-to-dc轉換器和基準電壓源需要消耗大約100μA的電流。單電源工作模式可以避免雙極電源的功耗浪費問(wèn)題。

2.高可靠性——ADI致力于提供精確、低漂移的信號鏈產(chǎn)品，如放大器、基準電壓源和ADC等，以幫助設計師構造出精確、穩定的系統。相應的產(chǎn)品列于下面的主產(chǎn)品表中。另外，運算放大器反饋回路上RC (R1、R2、C1、C2)濾波器、串聯(lián)電阻Rs和反饋電容Cf將使系統保持穩定，以抵消氣體傳感器極大的電容(mF量級)帶來(lái)的影響。

3.降低噪聲——由于受傳感器限制的慢速響應(約30秒)，ADC之前的RC (R3、C3)濾波器的截止頻率可以設為極低水平很低。不但可以降低系統的白噪聲，而且也可降低1/f噪聲，從而優(yōu)化系統分辨率。關(guān)于A(yíng)DC分辨率，ADI提供多種選擇，例如分立式16位ADC和集成在MCU里的12位ADC。

CN0234實(shí)驗室電路的放大器是采用雙通道微功耗放大器ADA4505-2，具有軌對軌輸入與輸出擺幅，采用1.8 V～5 V單電源或±0.9 V～±2.5 V雙電源供電。這款低成本放大器采用最新的電路技術(shù)，具有零輸入交越失真，出眾的PSRR與CMRR性能以及極低的偏置電流，工作時(shí)每個(gè)放大器的電源電流不到10μA。

該電路采用ADP2503 高效率、低靜態(tài)電流開(kāi)關(guān)電源升降壓轉換器，支持兩節AAA電池的單電源供電，在節能模式下的功耗僅為38 μA。芯片內部的高開(kāi)關(guān)頻率讓外部器件最小化，對小尺寸手持設備設計有很大幫助。因為外部有不同的電源，例如，鋰電池、堿性電池、鎳氫電池、PCMCIA和USB等標準輸入電源，針對不同的電壓，ADP2503/4都可以提供升降壓功能。ADP2503的輸入電壓可以從2.3V到5.5V。ADP2503有固定輸出版本和可調輸出來(lái)兩個(gè)選擇，內部的補償也減少了外部器件的數量。

AD7790為適合低頻測量應用的低功耗、完整模擬前端ADC (內置片內儀表放大器)，主要優(yōu)勢是微小功耗、微小封裝、高分辨率、可通過(guò)軟件編程輸出數據速率。其典型功耗不到100 µA。AD7790在默認輸出數據速率為16.6 Hz時(shí)具有16位峰-峰值分辨率。AD7790采用內部時(shí)鐘工作，因此用戶(hù)不必為其提供時(shí)鐘源。輸出數據速率可通過(guò)軟件編程設置，可在9.5 Hz至120 Hz的范圍內變化。

圖4.ADI氣體檢測演示系統

過(guò)往成功案例

“低功耗、長(cháng)時(shí)間穩定度、高分辨率(靈敏度)、設計彈性與高性?xún)r(jià)比是ADI產(chǎn)品的主要優(yōu)勢。ADI還對氣體監測器客戶(hù)提供從構想、選型、設計到生產(chǎn)的完整解決方案手冊;參考設計評估板;深入的技術(shù)文章及高性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品;另外，客戶(hù)還可依據個(gè)別需求設計出優(yōu)化產(chǎn)品。” Brian表示。

他還和與會(huì )媒體分享了ADI器件曾在氣體監測應用方面的三個(gè)成功案例：

成功案例一(ADP7102/7104)：低噪聲、低壓差300mA/500mA線(xiàn)性電壓調節器(LDO)。

氣體檢測特別是對有毒氣體的檢測，經(jīng)常會(huì )用在如煤礦、油井等這種特殊的危險場(chǎng)所，這樣的使用環(huán)境對氣體檢測儀器的可靠度要求極高，對儀器的誤判要求零容忍。所以用在其中的LDO必須低噪聲(ADP7102噪聲僅為15μV rms(固定輸出型))以提高系統分辨率，高電源抑制(PSRR：60 dB (10 kHz，VOUT = 3.3 V))。

其次，在極低噪聲的情況下，以前的電源方案通常需要一個(gè)非常大的外部電容，而這在煤礦防爆需求中是不被允許的。ADP7102/7104僅需一個(gè)1μF(相當于原來(lái)1/10的電容)小型陶瓷輸出電容，便可實(shí)現出色的線(xiàn)路與負載瞬態(tài)響應性能，這在煤礦防爆需求中特別重要;

ADP7102/7104在氣體檢測方面的另外一個(gè)主要優(yōu)勢是其寬輸入電壓范圍(3.3 V至20 V)可容許輸入電壓變動(dòng)與長(cháng)距離電源線(xiàn)的電壓耗損。

成功案例二(ADuCM360/361)：集成低功耗ARM CORTEX M3和Σ-Δ型ADC的低功耗精密模擬微控制器。其在氣體檢測儀器上的主要優(yōu)勢包括：1、采用低功耗的標準ARM Cortex M3核心;2、高集成度;3、高分辨率ADC。

ADuCM360/ADuCM361專(zhuān)為要求低功耗工作的電池供電應用而設計。微控制器內核可配置為普通工作模式，功耗290 μA/MHz(包括flash/ SRAM IDD)。在兩個(gè)ADC均打開(kāi)(輸入緩沖器關(guān)閉)、PGA增益為4、一個(gè)SPI端口打開(kāi)和所有定時(shí)器均打開(kāi)時(shí)，系統總電流消耗可以達到1 mA。

ADuCM360/ADuCM361通過(guò)直接編程控制可配置為許多低功耗工作模式，包括休眠模式(內部喚醒定時(shí)器有效)，此時(shí)能耗僅為4 μA。在休眠模式下，諸如外部中斷或內部喚醒定時(shí)器等外設可以喚醒該器件。該模式可讓器件在功耗極低的情況下運行，同時(shí)仍然響應外部異步或周期事件。

成功案例三(AD5410/5420/5421)：ADI常用于工業(yè)現場(chǎng)儀表的串行輸入、4~20毫安電流輸出DAC。當時(shí)客戶(hù)應用中需要一個(gè)4-20毫安的電流輸出DAC。而ADI的這個(gè)產(chǎn)品就是把高分辨率的DAC和4-20毫安的電流輸出結合起來(lái)。其在氣體檢測儀器上的主要優(yōu)勢為：高集成度;高分辨率;多種選擇(12位DAC、16位DAC、環(huán)路供電)。例如有些客戶(hù)需要低功耗，就可以選用環(huán)路供電，ADI也提供了專(zhuān)門(mén)為環(huán)路供電所設計的4-20毫安通信接口的DAC。