[发明专利]基于MEMS气体传感器阵列的气体检测系统

说明书

本发明公开了一种基于MEMS气体传感器阵列的气体检测系统，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；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；所述片内振荡器用于产生稳定的系统所需时钟信号。应用本发明提供的技术方案，可以降低工作电压和电路功耗，并提高气体传感器中气敏材料电阻的检测范围与检测精度。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，尤其是涉及一种基于MEMS气体传感器阵列的气体检测系统。

背景技术

气味识别技术在智能终端、环境监测等领域有着十分广泛的应用需求。当前，气体检测使用质谱仪，气相色谱仪和傅立叶变换红外光谱仪等仪器，但这些系统体积庞大，昂贵且复杂。近年来，人们对环境质量和安全的日益关注，故对便携式，低成本和低功耗的气体传感系统的需求逐年增加。

气体检测系统由气体传感器或气体传感器阵列，接口电路组成。目前，基于电阻频率转换(RTF)电路的读出电路由于其设计简单，动态范围高以及与ADC相比线性度好而被广泛使用。但是许多研究专注于实现高动态范围和线性度，而不是从系统角度设计电路。这些电阻频率转换电路忽略了频率的数字转换。因此，这些电路可以用于电阻频率转换的实验仪器或气体检测系统，但目前并没有这种集成式数字输出的MEMS气体传感器阵列的气体检测系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于MEMS气体传感器阵列的气体检测系统，可以降低工作电压和电路功耗，提高传感器的选择性，降低传感器交叉敏感性，并提高气体传感器中气敏材料电阻的检测范围与检测精度，便于传感器数据采集与处理。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气体检测系统，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。

优选的，在上述的气体检测系统中，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。

优选的，在上述的气体检测系统中，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；