[发明专利]基于MEMS气体传感器阵列的气体检测系统

权利要求书

1.一种基于MEMS气体传感器阵列的气体检测系统，其特征在于，包括：

MEMS气体传感器阵列、分时复用的多通道电阻频率转换电路、可编程的加热器电路、EEPROM、可修调的片内振荡器、上电自复位电路以及数字控制电路；所述MEMS气体传感器阵列包括多个气体传感器；所述气体传感器包括加热器电阻和气敏材料电阻；

所述MEMS气体传感器阵列、所述多通道电阻频率转换电路、所述加热器电路、所述EEPROM、所述片内振荡器以及所述上电自复位电路分别与所述数字控制电路的对应引脚连接；

其中，所述MEMS气体传感器阵列用于将环境中的气体信息转换为所述气敏材料电阻的变化；所述多通道电阻频率转换电路用于将选中通道的气敏材料的电阻值转化为相应频率的方波信号；所述加热器电路用于对所述加热器电阻的加热电压进行配置；所述EEPROM用于保存系统配置参数以及用户数据；所述片内振荡器用于产生稳定的系统所需时钟信号；所述数字控制电路用于完成对片内电路工作模式的控制、频率测量、数据存储以及I2C通信的功能；

所述多通道电阻频率转换电路包括：电阻转换电流电路，用于将参考电压驱动到所述气敏材料电阻的两端，以形成与所述气敏材料电阻相关的检测电流；CMOS电流镜电路，用于将所述检测电流缩小，形成镜像电流；积分电路，用于基于所述镜像电流输出周期性的三角波信号；双稳态迟滞比较器电路，用于基于所述三角波信号输出周期性的方波信号；

所述双稳态迟滞比较器电路包括：第二高增益运放、第三高增益运放、第一电阻和第二电阻；所述第二高增益运放的正相输入端连接所述参考电压，其负相输入端连接其输出端；所述第三高增益运放的负相输入端连接第四节点，其正相输入端通过所述第一电阻连接其输出端，并通过所述第二电阻连接所述第二高增益运放的输出端；其中，所述第四节点连接所述CMOS电流镜电路；所述第三高增益运放的输出端连接有多个串接的反相器。

2.根据权利要求1所述的气体检测系统，其特征在于，所述电阻转换电流电路包括：第一高增益运放，其正相输入端用于输入所述参考电压，其负相输入端用于连接第一节点，其输出端连接驱动晶体管的栅极；所述驱动晶体管的漏极连接第二节点，源极连接所述第一节点；所述第二节点连接所述CMOS电流镜电路；

其中，所有所述气敏材料电阻的一端均接地，另一端分别通过单独的数控开关与所述第一节点连接；所述数字控制电路为所述数控开关提供开关控制信号。

3.根据权利要求1所述的气体检测系统，其特征在于，所述CMOS电流镜电路包括：PMOS电流镜和NMOS电流镜；

所述PMOS电流镜包括：第一晶体管至第六晶体管；第一晶体管、第二晶体管和第五晶体管的栅极相连接，三者的源极分别通过单独的数控开关连接电源端，第一晶体管的漏极连接自身栅极以及第三晶体管的源极，第二晶体管的漏极连接第四晶体管的源极，第五晶体管的漏极连接第六晶体管的源极；第三晶体管、第四晶体管和第六晶体管的栅极相连接，第三晶体管的漏极连接第二节点，所述第二节点连接所述电阻转换电流电路，第四晶体管的漏极连接第三节点，第六晶体管的漏极连接第四节点；

所述NMOS电流镜包括：第七晶体管至第十晶体管；第七晶体管和第八晶体管的栅极连接，第七晶体管的漏极连接所述第三节点，第八晶体管的漏极连接所述第四节点，第七晶体管的源极连接第九晶体管的栅极和漏极，第八晶体管的源极连接第十晶体管的漏极；第九晶体管和第十晶体管的源极分别通过单独的数控开关接地。

4.根据权利要求3所述的气体检测系统，其特征在于，所述积分电路包括：

所述第五晶体管源极连接的数控开关；

所述第十晶体管源极连接的数控开关；

存储电容，一个极板接地，另一个极板连接所述第四节点。

5.根据权利要求1所述的气体检测系统，其特征在于，所述数字控制电路具有EEPROM控制模块，所述EEPROM控制模块通过低压差线性稳压器和所述EEPROM连接。

6.根据权利要求1所述的气体检测系统，其特征在于，所述数字控制电路具有修调电路控制模块，所述修调电路控制模块通过修调电路驱动所述片内振荡器，所述片内振荡器为所述数字控制电路提供时钟信号。