概述

氣體傳感器是一種可以將氣體的某些信息包括濃度和種類轉(zhuǎn)換為可以被操作人員、儀器儀表、計(jì)算機(jī)等利用的聲、電、光或者數(shù)字信息的裝置，通常被安裝于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探測(cè)頭內(nèi)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，用于現(xiàn)場(chǎng)采集空氣數(shù)據(jù)。根據(jù)氣敏特性可將氣體傳感器分為半導(dǎo)體式、固體電解質(zhì)式、電化學(xué)式、接觸燃燒式、光學(xué)式和熱導(dǎo)式等類型。

其中，半導(dǎo)體氣體傳感器是一種利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)行檢測(cè)的器件，具有靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡單的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于智能家居、汽車電子、消費(fèi)電子、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療、工業(yè)過程、環(huán)境監(jiān)測(cè)等行業(yè)。

半導(dǎo)體氣體傳感器根據(jù)材料的不同，其阻值跨度大，覆蓋Ω~GΩ范圍。針對(duì)不同材料的氣體傳感器進(jìn)行分選，需要有高效的檢測(cè)方案。

SMU數(shù)字源表簡化氣體傳感器特性分析

I-V測(cè)試是對(duì)待測(cè)器件（DUT）施加電壓或電流，然后測(cè)試其對(duì)激勵(lì)做出的響應(yīng)。根據(jù)待測(cè)器件（DUT）的不同，信號(hào)電平可能相當(dāng)?shù)?，需要高靈敏度源和測(cè)量儀器及測(cè)試技術(shù)，最大限度地減少誤差的外部來源，而且需要有快的測(cè)試速度和高的測(cè)試可靠性做保證。

通常，氣體傳感器 I-V 特性測(cè)試需要幾臺(tái)儀器完成，如數(shù)字表、電壓源、電流源等。然而，由數(shù)臺(tái)儀器組成的系統(tǒng)需要分別進(jìn)行編程、同步、連接、測(cè)量和分析，過程既復(fù)雜又耗時(shí)，還占用過多測(cè)試臺(tái)的空間。而且，使用單一功能的測(cè)試儀器和激勵(lì)源還存在復(fù)雜的相互間觸發(fā)操作，有更大的不確定度及更慢的總線傳輸速度等缺點(diǎn)。

實(shí)施I-V特性分析的工具之一是數(shù)字源表（SMU）。數(shù)字源表作為獨(dú)立的恒壓源或恒流源、伏特計(jì)、安培計(jì)和歐姆表，還可用作精密電子負(fù)載。其高性能架構(gòu)還允許將其用作脈沖發(fā)生器，波形發(fā)生器和自動(dòng)電流-電壓(I-V)特性分析系統(tǒng)，支持四象限工作。

普賽斯數(shù)字源表（SMU）解決方案

自2015年開始，普賽斯致力于數(shù)字源表的研究，并于2019年帥先實(shí)現(xiàn)數(shù)字源表的國產(chǎn)化，陸續(xù)推出了高精度數(shù)字源表、插卡式源表等產(chǎn)品，通過不同技術(shù)組合，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品組合方案的多樣化與優(yōu)化，滿足從成本到性能上的不同客戶需求，幫助用戶輕松玩美解決氣體傳感器測(cè)試中碰到的各種問題和需求，如：

（1）實(shí)時(shí)測(cè)試多種材料在同一氣體條件下的電阻值的反應(yīng)靈敏度；

（2）在低電壓下進(jìn)行下高范圍跨度（Ω、KΩ、MΩ、GΩ）的電阻測(cè)量，測(cè)試設(shè)備輸入電阻要求高

（3）I/V 曲線掃描；

（4）上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示各不同氣敏電阻 R/t 曲線，并可記錄存檔；

方案一：S系列高精度數(shù)字源表+上位機(jī)軟件，搭建多通道測(cè)試方案

S100數(shù)字源表是普賽斯歷時(shí)多年打造的高精度、大動(dòng)態(tài)范圍、帥先國產(chǎn)化的源表，集電壓、電流的輸入輸出及測(cè)量等功能于一體。電壓范圍從300uV~30V，電流從100pA~1A，輸出精度達(dá)到0.1%，最大功率可達(dá)30W，能夠覆蓋0~50GΩ之間電阻值的傳感器測(cè)量。

圖1 S系列源表搭建多通道測(cè)試方案

方案二：CS1010C + CS100/CS400插卡式源表+上位機(jī)軟件，搭建多通道測(cè)試方案

該方案主要采用普賽斯插卡式設(shè)備（CS1010主機(jī)+CS100子卡 或者CS1010主機(jī) + CS400子卡）組建多通道測(cè)試方案，具有通道密度高、同步觸發(fā)功能強(qiáng)、多設(shè)備組合效率高等特點(diǎn)。

CS1010C主機(jī)：采用自定義框架，背板總線帶寬高達(dá)3Gbps，支持16路觸發(fā)總線，滿足多卡設(shè)備高速率通信的需求，擁有最高容納10字卡的插槽；

CS100子卡：為單卡單通道子卡，具備四象限工作能力，最大電壓30V，最小電流100pA，輸出精度達(dá)到0.1%，最大功率為30W；配合CS1010主機(jī)最多能搭建10個(gè)測(cè)試通道，能夠覆蓋0~50GΩ之間電阻值的傳感器測(cè)量；

CS400子卡：為單卡四通道字卡，卡內(nèi)4通道共地，最大電壓10V，最小電流10nA，輸出精度達(dá)到0.1%，單通道最大功率2W；配合CS1010主機(jī)最多能搭建40個(gè)測(cè)試通道，能夠覆蓋0~25MΩ之間電阻值的傳感器測(cè)量；

圖2 CS1010主機(jī)+CS100/CS400子卡搭建多通道測(cè)試方案

方案三：CS1010 + A400采集卡 + S100/CS100 +上位機(jī)軟件，搭建多通道測(cè)試方案

該方案主要由1臺(tái)CS1010主機(jī)、 N張A400采集卡、1臺(tái)S100或者1張CS100子卡組成。A400采集精密電阻(R1)兩端的電壓值，所有測(cè)試通道采用并聯(lián)方式統(tǒng)一由S100/CS100進(jìn)行供電。

A400數(shù)據(jù)采集卡：普賽斯自主設(shè)計(jì)開發(fā)的插卡式，支持可變速率采樣和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高精度數(shù)據(jù)采集卡；使用高性能ADC芯片，分辨率可達(dá)16bits，最高支持2MS/s采樣率，輸入阻抗高達(dá)1GΩ。單采集卡支持4通道，且通道間隔離；配合CS1010主機(jī)最多能搭建40個(gè)測(cè)試通道，測(cè)試電阻范圍依賴于精密電阻的阻值大小。

圖3 CS1010C主機(jī)+A400采集卡+ S100搭建多通道測(cè)試方案

SMU數(shù)字源表簡化氣體傳感器特性分析結(jié)論

在傳感器研究的早期階段，利用I-V特性分析技術(shù)，可以簡化用于氣體檢測(cè)系統(tǒng)和分析儀器的傳感器合格驗(yàn)證。無論對(duì)于新材料、新技術(shù)研發(fā)還是傳感器的生產(chǎn)測(cè)試，將I-V特性分析技術(shù)用于各種傳感器和選擇測(cè)試儀器方面，普賽斯都是用戶值得信賴合作伙伴，歡迎隨時(shí)聯(lián)系探討