ADI专家解读气体监测技术趋势和解决方案

　　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”

　　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。　　

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与负载瞬态响应性能，这在煤矿防爆需求中特别重要;

　　ADP7102/7104在气体检测方面的另外一个主要优势是其宽输入电压范围(3.3 V至20 V)可容许输入电压变动与长距离电源线的电压耗损。

　　成功案例二(ADuCM360/361)：集成低功耗ARM CORTEX M3和Σ-Δ型ADC的低功耗精密模拟微控制器。其在气体检测仪器上的主要优势包括：1、采用低功耗的标准ARM Cortex M3核心;2、高集成度;3、高分辨率ADC。

　　ADuCM360/ADuCM361专为要求低功耗工作的电池供电应用而设计。微控制器内核可配置为普通工作模式，功耗290 μA/MHz(包括flash/ SRAM IDD)。在两个ADC均打开(输入缓冲器关闭)、PGA增益为4、一个SPI端口打开和所有定时器均打开时，系统总电流消耗可以达到1 mA。

　　ADuCM360/ADuCM361通过直接编程控制可配置为许多低功耗工作模式，包括休眠模式(内部唤醒定时器有效)，此时能耗仅为4 μA。在休眠模式下，诸如外部中断或内部唤醒定时器等外设可以唤醒该器件。该模式可让器件在功耗极低的情况下运行，同时仍然响应外部异步或周期事件。

　　成功案例三(AD5410/5420/5421)：ADI常用于工业现场仪表的串行输入、4~20毫安电流输出DAC。当时客户应用中需要一个4-20毫安的电流输出DAC。而ADI的这个产品就是把高分辨率的DAC和4-20毫安的电流输出结合起来。其在气体检测仪器上的主要优势为：高集成度;高分辨率;多种选择(12位DAC、16位DAC、环路供电)。例如有些客户需要低功耗，就可以选用环路供电，ADI也提供了专门为环路供电所设计的4-20毫安通信接口的DAC。