完整的采用非分散红外技术的气体传感器电路（三）
环境温度的影响
热电堆传感器通过吸收辐射来检测温度，但也会对环境温度变化作出响应，导致杂散和干扰信号增加。由于这个原因，很多热电堆传感器都在封装内集成了热敏电阻。
辐射吸收与腔室中的目标分子数量有关，而非目标气体的绝对百分比。因此，吸收采用标准大气压力下的理想气体定律表述。
有必要同时记录校准状态和测量状态下的温度数据：
其中：
x 表示无温度补偿时的气体浓度。
TLOW 表示校准时的气体温度，单位为K。
T 表示采样时的温度，单位为K。
xT 表示温度为T时的气体浓度。
理想气体定律下除了浓度会随温度而变之外，SPAN和FA也会随温度而产生轻微变化，在进行精度极高的浓度测量时可能需要校正。
本文不涉及SPAN和FA温度校正，但可以从SGX Sensor tech的应用笔记1、应用笔记2、应用笔记3、应用笔记4和应用笔记5，以及Alphasense Limi ted的应用笔记A AN-201、A AN-202、A AN-203、AAN-204和AAN-205中获取详情。
热电堆驱动器
HTS-E21-F3.91/F4.26热电堆(Heimann Sensor, GmbH)的每一个通道都有84 kΩ内阻。单通道等效驱动电路如图7所示。内部84 kΩ热电堆内阻和外部8.2 nF电容组成RC低通噪声滤波器，-3 dB截止频率为：
改变不同热电堆的C11和C15也就改变了噪声性能和响应时间。
图7. 热电堆驱动器等效电路，G = 214.6
84 kΩ/8.2 nF滤波器的阶跃函数 22位建立时间约为：
AD8629同相放大器增益设置为214.6，-3 dB截止频率为：
22位建立时间约为：
NDIR最大斩波频率为5 Hz，因此半周期脉冲宽度最小值为100 ms。22位建立时间约为0.1倍最小斩波脉冲宽度。
AD8629的0.1 Hz至10 Hz输入电压噪声为0.5 μV p-p。忽略传感器电压噪声和AD8629电流噪声，则热电堆的1 mV p-p信号输出具有如下信噪比(SNR)：
其中一个热电堆以伪差分输入方式连接ADuCM360 ADC1/ADC3输入引脚，另一个个连接ADC2/ADC3输入引脚。ADC3输入引脚连接200 mV共模电压，由低噪声放大器ADA4528-1驱动。ADA4528-1的0.1 Hz至10 Hz输入电压噪声为99 nV p-p。若要使ADC输入引脚保持在0.1 V以上，则需使用200 mV共模电压。
AD8629级的增益为214.6，ADuCM360内部PGA增益通过软件自动设定，范围为1至128，确保输入信号匹配ADC输入的满量程范围（即±1.2 V）。来自热电堆的峰峰值信号范围为几百微伏至几毫伏。例如，假设满量程热电堆信号为1 mV p-p，则PGA增益4可产生860 mV p-p的ADC输入信号。
不同灵敏度的热电堆可能会要求AD8629级具有不同增益。如需将CN-0338 Arduino扩展板与其它ADC内部没有集成PGA的Arduino平台连接，则可能需要更高的增益。
改变AD8629增益的最简单方法是改变R6和R10；这样不会影响由R5/R8和C9/C10决定的主极点频率。
软件可以选择热电堆输出数据处理算法。用户可以在峰峰值算法和均值算法之间作出选择。
更多有关信号采集、光源脉冲定时以及温度补偿处理算法的详细信息，请参阅CN-0338设计支持包和CN-0338用户指南中的CN-0338 源代码。.
NTC热敏电阻驱动器
热电堆中的集成式NTC温度传感器特性如下：
RTH = 100 kΩ
β = 3940
热敏电阻驱动器的戴维宁等效电路参见图8。R3和R4分压器电阻提供670.3 mV电压源，并与103.6 kΩ电阻串联。驱动电压为670.3 mV -200 mV = 470.3 mV。
图8. NTC热敏电阻驱动器等效电路
当RTH = 100 kΩ时(25°C)，热敏电阻上的电压为231 mV，因此测量时，将PGA增益设为4。
ADuCM360中的灵活输入多路复用器和双通道ADC支持热电堆信号和温度传感器信号的同时采样，以补偿漂移。
红外光源驱动器
选用International Light Technologies MR3-1089作为红外光源，它具有抛光铝反射器，150 mA时所需驱动电压为5.0 V，以便使红外辐射最大化，并获得最佳系统性能。来自灯的热量使光反射器的温度保持在环境温度以上，有助于防止潮湿环境中出现冷凝。
温度较低（关灯）时，灯丝具有较低的电阻，这使其在开灯瞬间产生电流浪涌。带有软启动功能的稳压器对于解决这个问题很有用。
低压差稳压器ADP7105具有可编程使能引脚，将它连接到DuCM360 的通用输入/输出引脚，可以对光源进行开关控制。10 nF软启动电容C6具有12.2 ms的软启动时间，这约等于100 ms最小斩波阶跃时间的0.125倍。
灯的导通电流(~150 mA)较大，因此须仔细进行电路设计与布局，防止灯的开关脉冲耦合至微小的热电堆输出信号。
仔细确保灯的返回路径不会流经敏感的热电堆传感器接地返回路径。灯的电流回路不可以与处理器的电流回路重叠，否则可能会产生电压失调误差。强烈建议针对灯的驱动以及系统的信号调理部分采用单独的稳压器。
ADP7105光源驱动器直接采用连接EVAL-ADICUP360板的外部电源供电。
软件考虑因素
同步斩波和采样
如需测量气体浓度，就必须对基准和测量通道中的峰峰值信号值进行采样。ADuCM360集成两个24位、Σ-Δ型ADC，这些ADC在连续采样模式下工作。ADC由可编程增益放大器驱动，增益选项为1、2、4、8、16、32、64和128。
默认斩波频率设为0.25 Hz，默认采样速率设为10 Hz。但是，可以在软件中设置斩波频率，设置范围为0.1 Hz至5 Hz；还可以设置ADC采样速率，设置范围为3.5 Hz至483 Hz。软件保证采样速率至少是斩波频率的30倍。
对于0.25 Hz的默认斩波频率而言，热电堆数据在2秒半周期内的后1.5秒内以10 Hz采样率获得，保证信号完全建立。忽略前500 ms的数据（消隐时间）。消隐时间也可以在软件中设置，上升沿和下降沿可分别设置。注意，NTC热敏电阻数据在消隐期间获得。
校准程序：理想比尔-朗伯方程
由于灯和热电堆的特性不同，初次使用以及改变热电堆或灯时必须校准电路。
建议将整个组件放置在密封腔室中，并可向其中注入已知浓度的二氧化碳气体，直到腔室中一切原有气体均被排出。稳定数分钟后，便可开始进行测量。
理想比尔-朗伯方程的校准方式和算法如以下步骤所示：
1. 输入下列命令：sbllcalibrate（标准比尔-朗伯校准）。
2. 注入低浓度(xLOW)或零浓度气体（氮气），并让腔室内的气体稳定。
3.在终端输入二氧化碳浓度。
4. 系统测量ACTLOW，它表示低浓度气体中测量通道传感器的峰峰值输出。
5. 系统测量REFLOW，它表示低浓度气体中基准通道传感器的峰峰值输出。
6. 系统测量低浓度气体的温度TLOW.
7. 向腔室中注入浓度为xCAL的高浓度二氧化碳。
8. 在终端输入二氧化碳浓度。
9. 系统测量ACTCAL、REFCAL和校准温度TCAL。
10. 系统计算ZERO和b值：
