德州儀器(TI)的化學(xué)/氣體傳感器解決方案

憑借合適的器件、軟件、工具和支持服務(wù)，TI 傳感器和現(xiàn)場發(fā)送器解決方案可縮短設(shè)計周期。

德州儀器 （TI） 的化學(xué)/氣體傳感器解決方案

?設(shè)計注意事項

電化學(xué)傳感器廣泛用作氣體和化學(xué)傳感的感應(yīng)機(jī)制。常見應(yīng)用包括一氧化碳檢測器、化學(xué)物類識別、電流分析傳感器等。電化學(xué)傳感器可簡單視為將氣體/化學(xué)濃度的物理特性轉(zhuǎn)換為可用儀器處理的電信號的傳感器。

方框圖

信號調(diào)節(jié)：

可編程模擬前端 （AFE） 特別適用于微功耗電化學(xué)傳感應(yīng)用?？商峁﹤鞲衅髋c微控制器之間完整的信號路徑解決方案，能夠生成與電池電流成比例的輸出電壓?？删幊绦允顾軌蛲ㄟ^一種設(shè)計支持多種電化學(xué)傳感器（例如，三電極有毒氣體傳感器和兩電極原電池傳感器），無需多個分離的解決方案。AFE 支持 0.5 nA/ppm 至 9500 nA/ppm 范圍內(nèi)的氣體靈敏度。它還允許 5μA 至 750μA 全電流范圍的簡單轉(zhuǎn)換?？烧{(diào)節(jié)電池偏差和互阻抗放大器 （TIA） 增益可通過 I2C 接口編程。I2C 接口也可用于傳感器診斷。集成式溫度傳感器可由用戶通過 VOUT 引腳讀數(shù)，并且可用于提供額外信號校正（單位：μC），或者被監(jiān)控以驗證傳感器的溫度情況。AFE 經(jīng)過優(yōu)化，適于微功耗應(yīng)用，并在 2.7V 至 5.25V 的電壓范圍內(nèi)運行?？傠娏飨目尚∮?10μA。可通過關(guān)閉 TIA 放大器和采用內(nèi)部開關(guān)縮短參考電極至工作電極的距離來節(jié)省更多的功耗。

信號采集和處理：

TI 的高分辨率差動 ADC 功耗低、動態(tài)范圍寬且噪聲低。可用于將經(jīng)調(diào)節(jié)的模擬橋輸出數(shù)字化，以實現(xiàn)高分辨率和精確測量。另外，還可使用 TI 具有集成 ADC 和 DAC 的 MSP430 微控制器。接下來的后處理算法可以在此 MCU 上運行。

接口與通信：

傳統(tǒng)模擬 （4 - 20mA） 接口仍然是工業(yè)控制和傳感器應(yīng)用的常見選擇。其他常見協(xié)議包括 HART、Profibus 和 IO-Link。TI 的 IO-Link 接口產(chǎn)品集成了穩(wěn)壓器和診斷輸出。此外，基于 IEEE 802.15.4 協(xié)議的無線選項越來越流行。TI 致力于同時為傳統(tǒng)和新興工業(yè)接口提供解決方案。

電源管理

場發(fā)送器可以采用三種供電方式。線路供電發(fā)送器通常由 12V 或 24V 的電壓軌供電?；芈饭╇姲l(fā)送器由 4-20mA 回路供電。此類發(fā)送器要求極低功耗的架構(gòu)，因為整個解決方案都要由回路供電。TI 提供具有低靜態(tài)電流和低輸出波紋的高效降壓轉(zhuǎn)換器，適用于線路供電和回路供電發(fā)送器。電池供電發(fā)送器可使用 TI 的低功率降壓轉(zhuǎn)換器和降壓/升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計供電。DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器可以在很大的電池電壓范圍內(nèi)提供 95% 以上的效率，同時輸入電壓甚至可降至 1.8V，從而延長電池壽命。專門的降壓/升壓轉(zhuǎn)換器可生成所需的穩(wěn)定輸出電壓，可在輸入電壓過高或過低的情況下提供恒定電流，同時支持各種電池配置。