其中:
IWE 为流入WE端的电流。
Rf 为跨导电阻(在图2中显示为U4)。
传感器的最大响应为90 nA/ppm,如表2所示,其最大输入范围为2,000 ppm。因此,最大输出电流为180 μA,最大输出电压由跨导电阻决定,如公式2所示。
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小。
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
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