低功耗有毒气体探测器设计方案

针对不同气体或来自不同制造商的传感器具有不同的电流输出范围。如果U4使用可编程变阻器AD5271,而不是固定电阻，就可以针对不同的气体传感器采用相同的结构和材料。此外，这样的产品还支持调换传感器，因为微控制器可以针对不同的气体传感器，将AD5271设置为适当的电阻值。AD5271的温度系数为5 ppm/°C,优于大多数分立电阻;其电源电流为1 μA,对系统功耗的影响极校

采用5 V单电源供电时，根据公式1可知，跨导放大器U2-B的输出范围为2.5 V.如果将AD5271设置为12.5 kΩ，就可以利用传感器最差灵敏度情况下的范围，并能提供大约10%的超量程能力。

使用65 nA/ppm的典型传感器响应，可以通过下式将输出电压转换为一氧化碳的ppm:

采用差分输入ADC时，只需将2.5 V基准电压输出端连接到ADC的AIN-端，从而消除公式3中的2.5 V项。

电阻R4使跨导放大器的噪声增益保持在合理水平。R4的值需权衡两个因素：噪声增益的幅度和暴露于高浓度气体时传感器的建立时间误差。对于本电路，R4 = 33 Ω，由此可计算噪声增益等于380,如公式4所示。

跨导放大器的输入噪声应乘以此增益。ADA4505-2的0.1 Hz至10 Hz输入电压噪声为2.95 μV p-p,因此输出端的噪声为：

该输出噪声相当于1.3 ppm p-p以上的气体浓度，这种低频噪声难以滤除。幸好传感器响应非常慢，因此由R5和C6构成的低通滤波器可以具有0.16 Hz的截止频率。此滤波器的时间常数为1秒，与传感器的30秒响应时间相比可忽略不计。

Q1为P沟道JFET.电路启动时，栅极电压为VCC,晶体管断开。系统关断时，栅极电压降至0 V,JFET开启，使RE端和WE端保持相同的电位。当电路再次启动时，这可以大大改善传感器的开启建立时间。

该电路由两节AAA电池供电。使用二极管提供反向电压保护会浪费宝贵的电能，因此本电路使用P沟道MOSFET (Q2)。该MOSFET通过阻塞反向电压来保护电路，施加正电压时导通。MOSFET的导通电阻小于100 mΩ，因此它引起的压降远小于二极管。除AAA电池以外，降压-升压调节器ADP2503还允许使用最高5.5 V的外部电源。在省电模式下工作时，ADP2503的功耗仅38 μA.由L2、C12和C13构成的滤波器可消除模拟电源轨产生的任何开关噪声。连接外部电源时，该仪表不是通过一个电路来断开电池，而是利用一个插孔以机械方式断开电池，从而避免电能浪费。

使用AAA电池时，正常情况(未检测到气体)下的总功耗约为100 μA,最差情况(检测到2,000 ppm CO)下的总功耗约为428 μA.如果该仪表与一个微控制器相连，在不进行测量时可进入低功耗待机模式，则电池寿命可达1年以上。