德州仪器(TI)的化学/气体传感器解决方案

只看该作者 · 2018-11-21 11:46

本帖最后由 Clovee 于 2018-11-21 11:47 编辑

德州仪器(TI)的化学/气体传感器解决方案

凭借合适的器件、软件、工具和支持服务，TI 传感器和现场发送器解决方案可缩短设计周期。

德州仪器（TI）的化学/气体传感器解决方案

设计注意事项

电化学传感器广泛用作气体和化学传感的感应机制。常见应用包括一氧化碳检测器、化学物类识别、电流分析传感器等。电化学传感器可简单视为将气体/化学浓度的物理特性转换为可用仪器处理的电信号的传感器。

方框图

信号调节：

可编程模拟前端（AFE）特别适用于微功耗电化学传感应用。可提供传感器与微控制器之间完整的信号路径解决方案，能够生成与电池电流成比例的输出电压。可编程性使它能够通过一种设计支持多种电化学传感器（例如，三电极有毒气体传感器和两电极原电池传感器），无需多个分离的解决方案。AFE 支持 0.5 nA/ppm 至 9500 nA/ppm 范围内的气体灵敏度。它还允许 5µA 至 750µA 全电流范围的简单转换。可调节电池偏差和互阻抗放大器（TIA）增益可通过 I2C 接口编程。I2C 接口也可用于传感器诊断。集成式温度传感器可由用户通过 VOUT 引脚读数，并且可用于提供额外信号校正（单位：µC），或者被监控以验证传感器的温度情况。AFE 经过优化，适于微功耗应用，并在 2.7V 至 5.25V 的电压范围内运行。总电流消耗可小于 10μA。可通过关闭 TIA 放大器和采用内部开关缩短参考电极至工作电极的距离来节省更多的功耗。

信号采集和处理：

TI 的高分辨率差动 ADC 功耗低、动态范围宽且噪声低。可用于将经调节的模拟桥输出数字化，以实现高分辨率和精确测量。另外，还可使用 TI 具有集成 ADC 和 DAC 的 MSP430 微控制器。接下来的后处理算法可以在此 MCU 上运行。

接口与通信：

传统模拟（4 - 20mA）接口仍然是工业控制和传感器应用的常见选择。其他常见协议包括 HART、Profibus 和 IO-Link。TI 的 IO-Link 接口产品集成了稳压器和诊断输出。此外，基于 IEEE 802.15.4 协议的无线选项越来越流行。TI 致力于同时为传统和新兴工业接口提供解决方案。

电源管理

场发送器可以采用三种供电方式。线路供电发送器通常由 12V 或 24V 的电压轨供电。回路供电发送器由 4-20mA 回路供电。此类发送器要求极低功耗的架构，因为整个解决方案都要由回路供电。TI 提供具有低静态电流和低输出波纹的高效降压转换器，适用于线路供电和回路供电发送器。电池供电发送器可使用 TI 的低功率降压转换器和降压/升压转换器设计供电。DC/DC 降压转换器可以在很大的电池电压范围内提供 95% 以上的效率，同时输入电压甚至可降至 1.8V，从而延长电池寿命。专门的降压/升压转换器可生成所需的稳定输出电压，可在输入电压过高或过低的情况下提供恒定电流，同时支持各种电池配置。