模拟前端实施注意事项 - 基于SGAS707气体传感器的精确气体监测系统设计

模拟前端实施注意事项

作为电阻设备，chemiresistive传感器需要适当的激励电源来测量由于气体浓度变化引起的电阻变化。与任何此类设备一样，开发人员可以使用不同的方法测量传感器电阻（R S），包括：

将传感器置于简单的分压器中

用恒压源驱动器件

用恒流源驱动器件

对于开发人员来说，每种方法的适用性取决于设计简单性与测量质量的应用要求。例如，通过测量R S作为简单分压器的一部分，开发人员可以创建最简单的解决方案（图2）。但是，根据应用要求，这种方法固有的测量限制可能过于严格。

图2：分压器配置提供了最简单的化学传感器传感器设计，但有些限制可能不足以满足需要精确测量气体浓度的应用。（图片来源：Integrated Device Technology）

在任何分压器中，测量输出V OUT永远不会达到电源值V bias（图2中的V c）。电阻网络根据以下公式将V OUT限制为V bias的一部分：

由于传感器响应项R FIXED /（R FIXED + R S），V OUT / V 偏差永远达不到统一。然而开发人员可以设置R FIXED电阻值，以实现位于传感器基线值（考虑空气中测量的值）和传感器满量程响应（千分之一百）（图3）之间的有用电压范围。

满量程响应R FIXED ［Ω］V OUT（空气）［V］V OUT（满量程）［V］

0.75210K0.1332.475

0.80280K0.1752.640

0.90630K0.3692.970

0.951.33M0.6933.135

图3：使用3.3 V电源（V bias，如图2中的V c所示），使用R FIXED的不同设置值，开发人员可以在满量程响应和基线响应（空气中）之间达到所需的响应范围。（图片来源：Integrated Device Technology）

另一个限制来自这种方法的非线性。通过将等式1和3重构为：

在R S（即A * C- α）主导R FIXED的低气体浓度下，传感器响应和气体浓度保持线性对数 - 对数关系。在R FIXED主导R S的较高气体浓度下，随着气体浓度的增加（图4），这种线性关系损失并且响应的阶跃变化变小。

图4：R FIXED开始在分压器配置中占主导地位，导致传感器响应与气体浓度之间的对数对数关系呈非线性关系。（图片来源：Integrated Device Technology）

不幸的是，开发人员在解决这种非线性方面没有多少好的选择，因为R FIXED和R S的贡献在结果中不能区分。因此，这种方法更适用于专注于气体检测的应用，而不是精确的定量测量。对于这些检测应用，开发人员可以简单地使用模拟比较器组来切换固定的电压电平，该电压电平对应于给定气体浓度的阈值。