“十面霾伏”，ADI專家解讀氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)趨勢(shì)和解決

以一個(gè)ADI已經(jīng)可以提供給客戶的實(shí)驗(yàn)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(cè)器”為例：

1.低功耗——正常條件下，實(shí)驗(yàn)室電路中的ADI放大器、dc-to-dc轉(zhuǎn)換器和基準(zhǔn)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(fèi)問(wèn)題。

2.高可靠性——ADI致力于提供精確、低漂移的信號(hào)鏈產(chǎn)品，如放大器、基準(zhǔn)電壓源和ADC等，以幫助設(shè)計(jì)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(yùn)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(jí))帶來(lái)的影響。

3.降低噪聲——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。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。

CN0234實(shí)驗(yàn)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(duì)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(zhuǎn)換器，支持兩節(jié)AAA電池的單電源供電，在節(jié)能模式下的功耗僅為38 μA。芯片內(nèi)部的高開(kāi)關(guān)頻率讓外部器件最小化，對(duì)小尺寸手持設(shè)備設(shè)計(jì)有很大幫助。因?yàn)橥獠坑胁煌碾娫矗?，鋰電池、堿性電池、鎳氫電池、PCMCIA和USB等標(biāo)準(zhǔn)輸入電源，針對(duì)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(diào)輸出來(lái)兩個(gè)選擇，內(nèi)部的補(bǔ)償也減少了外部器件的數(shù)量。

AD7790為適合低頻測(cè)量應(yīng)用的低功耗、完整模擬前端ADC (內(nèi)置片內(nèi)儀表放大器)，主要優(yōu)勢(shì)是微小功耗、微小封裝、高分辨率、可通過(guò)軟件編程輸出數(shù)據(jù)速率。其典型功耗不到100 µA。AD7790在默認(rèn)輸出數(shù)據(jù)速率為16.6 Hz時(shí)具有16位峰-峰值分辨率。AD7790采用內(nèi)部時(shí)鐘工作，因此用戶不必為其提供時(shí)鐘源。輸出數(shù)據(jù)速率可通過(guò)軟件編程設(shè)置，可在9.5 Hz至120 Hz的范圍內(nèi)變化。

圖4.ADI氣體檢測(cè)演示系統(tǒng)

過(guò)往成功案例

“低功耗、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定度、高分辨率(靈敏度)、設(shè)計(jì)彈性與高性價(jià)比是ADI產(chǎn)品的主要優(yōu)勢(shì)。ADI還對(duì)氣體監(jiān)測(cè)器客戶提供從構(gòu)想、選型、設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的完整解決方案手冊(cè);參考設(shè)計(jì)評(píng)估板;深入的技術(shù)文章及高性價(jià)比的產(chǎn)品;另外，客戶還可依據(jù)個(gè)別需求設(shè)計(jì)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(jiān)測(cè)應(yīng)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線性電壓調(diào)節(jié)器(LDO)。

氣體檢測(cè)特別是對(duì)有毒氣體的檢測(cè)，經(jīng)常會(huì)用在如煤礦、油井等這種特殊的危險(xiǎn)場(chǎng)所，這樣的使用環(huán)境對(duì)氣體檢測(cè)儀器的可靠度要求極高，對(duì)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(tǒng)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(dāng)于原來(lái)1/10的電容)小型陶瓷輸出電容，便可實(shí)現(xiàn)出色的線路與負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)性能，這在煤礦防爆需求中特別重要;

ADP7102/7104在氣體檢測(cè)方面的另外一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)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(zhǎng)距離電源線的電壓耗損。

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(cè)儀器上的主要優(yōu)勢(shì)包括：1、采用低功耗的標(biāo)準(zhǔn)ARM Cortex M3核心;2、高集成度;3、高分辨率ADC。

ADuCM360/ADuCM361專為要求低功耗工作的電池供電應(yīng)用而設(shè)計(jì)。微控制器內(nèi)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(tǒng)總電流消耗可以達(dá)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(nèi)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(nèi)部喚醒定時(shí)器等外設(shè)可以喚醒該器件。該模式可讓器件在功耗極低的情況下運(yùn)行，同時(shí)仍然響應(yīng)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(xiàn)場(chǎng)儀表的串行輸入、4~20毫安電流輸出DAC。當(dāng)時(shí)客戶應(yīng)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(jié)合起來(lái)。其在氣體檢測(cè)儀器上的主要優(yōu)勢(shì)為：高集成度;高分辨率;多種選擇(12位DAC、16位DAC、環(huán)路供電)。例如有些客戶需要低功耗，就可以選用環(huán)路供電，ADI也提供了專門(mén)為環(huán)路供電所設(shè)計(jì)的4-20毫安通信接口的DAC。