應(yīng)用簡介
有毒氣體存在于許多工業(yè)環(huán)境之中，比如油井、采礦、塑料生產(chǎn)、造紙等。隨著人們對個人安全的日益重視，對低功耗便攜式有毒氣體檢測器的需求正呈快速增長之勢。這種檢測器可以讓工人隨身攜帶，也可每隔一定距離安裝在工作現(xiàn)場。多數(shù)便攜式低功耗有毒氣體檢測器都是以電化學(xué)傳感器為基礎(chǔ)的，涵蓋工業(yè)環(huán)境中的多數(shù)常見氣體，比如一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)、和二氧化氮(NO2)。與其他有毒氣體檢測方法相比，電化學(xué)傳感器具有功耗低、交叉靈敏度低、長期穩(wěn)定性出色等特點，非常適合電池供電的便攜式應(yīng)用。

系統(tǒng)設(shè)計考慮因素
低功耗
有毒氣體 檢測需要在盡可能無需維護的情況下持續(xù)地對環(huán)境進行監(jiān)控。因而，盡量延長電池壽命對這種應(yīng)用來說是非常重要的。由于電
化學(xué)氣體傳感器只需極少電流即可工作，因此剩下的信號調(diào)理和數(shù)據(jù)傳輸電路在實現(xiàn)系統(tǒng)低功耗方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

高可靠性
在某些工業(yè)環(huán)境中，人的生命依賴于有毒氣體檢測器，為此這些檢測器需要高度可靠。高精度、抗干擾能力以及出色的長期穩(wěn)定性，這些都是設(shè)計過程中需要考慮的重要因素。為了實現(xiàn)這一目標，就需要精確、強健、低漂移的信號鏈。

降噪
為了充分發(fā)揮電化學(xué)傳感器的動態(tài)范圍的優(yōu)勢，在設(shè)計信號鏈時需要考慮降噪問題。

ADI 公司解決方案

對于電化學(xué)傳感器，工作電極(WE)檢測有毒氣體，并根據(jù)氣體濃度按比例產(chǎn)生電流，參考電極(RE)使工作電極的電壓保持穩(wěn)定，以便傳感器工作于線性范圍之內(nèi)，輔助電極(CE)可以使 WE 節(jié)點上產(chǎn)生的電流達到平衡。恒電位電路保持 RE 節(jié)點電壓，并提供 CE 節(jié)點產(chǎn)生的電流。I/V 電路把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號傳送至 ADC(無論是集成在 MCU 中還是分立式)。包括 LCD 和鍵陣列在內(nèi)的人機接口用于系統(tǒng)設(shè)置和顯示。LED、蜂鳴器和振動電機有助于提高警報的可靠性。

低功耗：正常條件下 1，實驗室電路中的 ADI 放大器、dc-to-dc 轉(zhuǎn)換器和基準電壓源需要消耗大約 100 μA 的電流。單電源工作模式可以避免雙極電源的功耗浪費問題 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(shè)計師構(gòu)造出精確、穩(wěn)定的系統(tǒng)。相應(yīng)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(tǒng)保持穩(wěn)定，以抵消氣體傳感器極大的電容(mF 量級)帶來的影響。

降噪：由于受傳感器限制的慢速響應(yīng)(約 30 秒)，ADC 之前的 RC (R3、C3)濾波器的截止頻率可以設(shè)為極低水平很低 1。不但可以降低系統(tǒng)的白噪聲，而且也可降低 1/f 噪聲，從而優(yōu)化系統(tǒng)分辨率。關(guān)于 ADC 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。

審核編輯 黃昊宇