“十面霾伏”，ADI专家解读气体监测技术趋势和解决方案

由于电化学气体传感器只需极少电流即可工作，因此剩下的信号调理和数据传输电路在实现系统低功耗方面发挥着关键作用。 高可靠性--在某些工业环境中，人的生命依赖于有毒气体检测器，为此这些检测器需要高度可靠。高精度、抗干扰能力以及出色的长期稳定性，这些都是设计过程中需要考虑的重要因素。为了实现这一目标，就需要精确、强健、低漂移的信号链。 降低噪声--为了充分发挥电化学传感器的动态范围的优势，在设计信号链时需要考虑降噪问题。

高分辨率、低噪声、低功耗的ADI气体监测最新方案

针对以上客户在实际系统设计过程中所遇到的挑战，ADI提供了完整多样的信号链器件、最新的实验室电路原理图、物料清单和演示电路板，帮助客户能够以最快时间完成自己产品的设计并快速推向市场。相比较其他厂商的单片集成方案，ADI的分立方案带来了设计灵活的天然优势。在一些干扰较大的工作环境，其方案的灵活性还可以方便客户完成抗干扰的产品设计。

以一个ADI已经可以提供给客户的实验室电路CN0234--"使用电化学传感器的单电源、微功耗有毒气体探测器"（http://www.analog.com/zh/circuits-from-the-lab/CN0234/vc.html）为例：

1.低功耗--正常条件下，实验室电路中的ADI放大器、dc-to-dc转换器和基准电压源需要消耗大约100μA的电流。单电源工作模式可以避免双极电源的功耗浪费问题。

2.高可靠性--ADI致力于提供精确、低漂移的信号链产品，如放大器、基准电压源和ADC等，以帮助设计师构造出精确、稳定的系统。相应的产品列于下面的主产品表中。另外，运算放大器反馈回路上RC (R1、R2、C1、C2)滤波器、串联电阻Rs和反馈电容Cf将使系统保持稳定，以抵消气体传感器极大的电容(mF量级)带来的影响。

3.降低噪声--由于受传感器限制的慢速响应(约30秒)，ADC之前的RC (R3、C3)滤波器的截止频率可以设为极低水平很低。不但可以降低系统的白噪声，而且也可降低1/f噪声，从而优化系统分辨率。关于ADC分辨率，ADI提供多种选择，例如分立式16位ADC和集成在MCU里的12位ADC。

CN0234实验室电路的放大器是采用双通道微功耗放大器ADA4505-2，具有轨对轨输入与输出摆幅，采用1.8 V～5 V单电源或±0.9 V～±2.5 V双电源供电。这款低成本放大器采用最新的电路技术，具有零输入交越失真，出众的PSRR与CMRR性能以及极低的偏置电流，工作时每个放大器的电源电流不到10μA。

该电路采用ADP2503 高效率、低静态电流开关电源升降压转换器，支持两节AAA电池的单电源供电，在节能模式下的功耗仅为38 μA。芯片内部的高开关频率让外部器件最小化，对小尺寸手持设备设计有很大帮助。因为外部有不同的电源，例如，锂电池、碱性电池、镍氢电池、PCMCIA和USB等标准输入电源，针对不同的电压，ADP2503/4都可以提供升降压功能。ADP2503的输入电压可以从2.3V到5.5V。ADP2503有固定输出版本和可调输出来两个选择，内部的补偿也减少了外部器件的数量。

AD7790为适合低频测量应用的低功耗、完整模拟前端ADC （内置片内仪表放大器），主要优势是微小功耗、微小封装、高分辨率、可通过软件编程输出数据速率。其典型功耗不到100 µA。AD7790在默认输出数据速率为16.6 Hz时具有16位峰－峰值分辨率。AD7790采用内部时钟工作，因此用户不必为其提供时钟源。输出数据速率可通过软件编程设置，可在9.5 Hz至120 Hz的范围内变化。

图4.ADI气体检测演示系统。

过往成功案例

"低功耗、长时间稳定度、高分辨率(灵敏度)、设计弹性与高性价比是ADI产品的主要优势。ADI还对气体监测器客户提供从构想、选型、设计到生产的完整解决方案手册；参考设计评估板；深入的技术文章及高性价比的产品；另外，客户还可依据个别需求设计出优化产品。" Brian表示。

他还和与会媒体分享了ADI器件曾在气体监测应用方面的三个成功案例：

成功案例一(ADP7102/7104)：低噪声、低压差300mA/500mA线性电压调节器(LDO)。

气体检测特别是对有毒气体的检测，经常会用在如煤矿、油井等这种特殊的危险场所，这样的使用环境对气体检测仪器的可靠度要求极高，对仪器的误判要求零容忍。所以用在其中的LDO必须低噪声（ADP7102噪声仅为15μV rms（固定输出型））以提高系统分辨率，高电源抑制(PSRR：60 dB (10 kHz，VOUT = 3.3 V))。

其次，在极低噪声的情况下，以前的电源方案通常需要一个非常大的外部电容，而这在煤矿防爆需求中是不被允许的。ADP7102/7104仅需一个1μF（相当于原来1/10的电容）小型陶瓷输出电容，便可实现出色的线路