调理电路、芯片及电子设备的制作方法

1.本技术涉及电子技术领域，尤其涉及一种调理电路、芯片及电子设备。


背景技术：

2.电化学气体传感器通过与被测气体发生氧化反应或还原反应，并产生与气体浓度成正比的电信号来进行工作，通常，电化学气体传感器的寿命一般为1至2年。在电化学气体传感器投入使用后，工作电极和对电极间的弹簧或导体会被移除，测量完毕后，工作电极和对电极就无法短接，导致两个电极端累积的电荷无法释放，从而增加了电化学气体传感器的功耗，在其寿命有限的情况下，会加快电化学气体传感器的老化，缩短电化学气体传感器的使用寿命。


技术实现要素：

3.本技术提供一种调理电路、芯片及电子设备，其主要目的在于在气体传感器不工作时释放第一电极和第二电极上累积的电荷，降低气体传感器的功耗，有效延长气体传感器的寿命。
4.第一方面，本技术实施例提供一种调理电路，所述调理电路用于连接外部的气体传感器，所述气体传感器包括第一电极和第二电极；所述调理电路包括：
5.电源接口，用于连接电源，以接收电源信号；
6.以及
7.开关模块，所述开关模块的第一端连接于所述第一电极，所述开关模块的第二端连接于所述第二电极，所述开关模块的控制端连接于所述电源接口，所述开关模块用于在所述电源上电时根据所述电源信号关断，并在所述电源断电时导通。
8.优选地，所述调理电路还包括电流检测电路，所述电流检测电路的第一输入端用于连接所述第一电极，所述电流检测电路的第二输入端用于连接所述第二电极。
9.优选地，所述气体传感器包括电化学气体传感器，所述第一电极为参考电极，所述第二电极为工作电极。
10.优选地，所述开关模块包括p型场效应管。
11.优选地，所述开关模块包括pnp型三极管。
12.优选地，所述开关模块包括控制器，所述控制器的第一输出端为所述开关模块的第一端，所述控制器的第二输出端为所述开关模块的第二端，所述控制器的使能端为所述开关模块的控制端。
13.优选地，所述调理电路还包括放大电路和分压电路；
14.所述放大电路的一端与所述电流检测电路的输出端连接，所述放大电路的另一端与所述分压电路的一端连接，所述放大电路用于对所述气体传感器工作时的电流进行放大；
15.所述分压电路用于根据放大后的电流，得到相应的检测信号。
16.优选地，所述放大电路包括电流放大器，所述分压电路由若干个电阻依次串联组成。
17.第二方面，本技术实施例提供一种电化学气体传感器，包括上述第一方面提供的任一种调理电路。
18.第三方面，本技术实施例提供一种芯片，包括包括上述第一方面提供的任一种调理电路。
19.本技术提供一种调理电路、芯片及电子设备，该调理电路用于与需要延长寿命的气体传感器连接，当该气体传感器不工作时，断开电源接口与电源的连接，电源信号关断，开关模块的第一端和第二端连接，即气体传感器的第一电极和第二电极连接，从而使得气体传感器在不工作时第一电极和第二电极的外部连接导通，释放气体传感器工作时积累的电荷，从而降低气体传感器的功耗，延长气体传感器的使用寿命。
附图说明
20.图1为本技术实施例提供的调理电路的应用场景示意图；
21.图2为本技术实施例提供的一种调理电路的结构示意图；
22.图3为本技术一实施例提供的一种调理电路的结构示意图；
23.图4为本技术实施例中开关模块为p型场效应管时调理电路的具体结构示意图；
24.图5为本技术实施例中开关模块为pnp型三极管时调理电路的具体结构示意图；
25.图6为本技术一实施例提供的一种调理电路的结构示意图。
26.附图标记说明：
27.调理电路，100；
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气体传感器，110；
28.电源，120；
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第一电极，111；
29.第二电极，112；
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电源接口，101；
30.开关模块，102；
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电流检测电路，103；
31.放大电路，104；
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分压电路，105；
32.输出接口，106。
33.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
34.下面详细描述本技术的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性地，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
35.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术的方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.本技术实施例中，至少一个是指一个或多个；多个，是指两个或两个以上。在本技术的描述中，“第一”、“第二”、“第三”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
37.在本说明书中描述的参考“一种实施方式”或“一些实施方式”等意味着在本技术的一个或多个实施方式中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
38.需要指出的是，本技术实施例中“连接”可以理解为电连接，两个电学元件连接可以是两个电学元件之间的直接或间接连接。例如，a与b连接，既可以是a与b直接连接，也可以是a与b之间通过一个或多个其它电学元件间接连接。
39.为了延长现有电化学气体传感器的寿命，本技术提供一种调理电路，该调理电路可以看作是气体传感器的辅助电路，用来辅助气体传感器延长寿命，并输出所需要的信号。图1为本技术实施例提供的调理电路的应用场景示意图，如图1所示，该调理电路100可以应用在气体传感器110中。当需要使用该气体传感器110时，打开电源接口101连接的电源120，第一电极111和第二电极112断开，气体传感器110正常工作；当不需要使用该气体传感器 110时，关闭电源接口101所连接的电源120，第一电极111和第二电极112 实现短接，从而释放气体传感器110工作时产生的电荷，降低气体传感器110 的功耗，以延长气体传感器110的寿命。
40.图2为本技术实施例提供的一种调理电路的结构示意图，如图2所示，所述调理电路100用于连接外部的气体传感器110，所述气体传感器110包括第一电极111和第二电极112；所述调理电路100包括：
41.电源接口101，用于连接电源，以接收电源信号；以及
42.开关模块102，所述开关模块102的第一端连接于所述第一电极111，所述开关模块102的第二端连接于所述第二电极112，所述开关模块102的控制端连接于所述电源接口101，所述开关模块102用于在所述电源上电时根据所述电源信号关断，并在所述电源断电时导通。
43.本技术实施例提供的调理电路100包括电源接口101和开关模块102，电源接口101为该调理电路100与电源120进行连接的接口，作为一种示例，该电源接口101可以是常用的电池接口，通过电池来为调理电路100提供电源120，电池小巧轻便且便宜，可以减小该调理电路100的体积，并降低成本；作为一种示例，该电源120可以是常见的5v、12v、15v等恒定电压源或蓄电池，固定连接在电源接口101上，恒定电压源上有开关，通过该开关的打开闭合来实现电压的供给，通过连接恒定电压源，为该调理电路100提供稳定的电源120电压，可以满足一些没有电源120场景下的使用需求；该电源接口101与电源120连接的具体情况可以根据实际情况进行确定，本技术实施例在此不做具体限定。
44.该开关模块102包括第一端、第二端和控制端，开关模块102的第一端与气体传感器110的第一电极111连接，开关模块102的第二端和气体传感器 110的第二电极112连接，开关模块102的控制端与电源接口101连接，如果开关模块102控制端连接的电源信号关断，也就是开关模块102控制端的电压为0，则开关模块102的第一端和第二端导通，如果开关模块102控制端的电压为电源电压，则开关模块102的第一端和第二端断开。该开关模块102 可以是由二极管、三极管、场效应管、电阻、电源等元器件按照电路设计规则组装而成的模拟电路；该开关模块102也可以是由时钟芯片、触发器、选择器等数字元器件按照数字电路连接规则连接而成的数字电路，比如该开关模块102可以是可编程嵌入式处理器320，常见
的有单片机、fpga(fieldprogrammable gatearray，现场可编程逻辑门阵列)等，以单片机为例进行说明，单片机的信号输入端作为控制端，与电源接口101连接，两个信号输出端分别与第一电极111、第二电极112连接，如果控制端的电压为低电平，则控制第一端和第二端导通，从而使得第一电极111和第二电极112连接在一起，实现电荷释放。开关模块102具体可以根据实际情况进行确定，本技术实施例在此不进行具体限定。
45.还需要说明的是，本技术实施例中所包含的气体传感器110是指对气体浓度进行检测的传感器，当对气体浓度进行检测时，生成与气体浓度成正比的电流，通过电流大小与气体浓度之间的对应关系，计算出气体浓度。在使用该调理电路100对气体传感器110进行辅助时，当气体传感器110工作时，打开电源接口101连接的电源开关，开关模块102的控制端接收到电源上电信号，则控制第一端和第二端的断开，即气体传感器110的第一电极111和第二电极112在外部是断开的，气体传感器110正常工作；当气体传感器110 不工作时，断开电源接口101连接的电源开关，开关模块102的控制端控制第一端和第二端的在外边导通连接，即气体传感器110的第一电极111和第二电极112在外部是导通的，释放气体传感器110工作时积累的电荷，从而降低气体传感器110的功耗，延长气体传感器110的使用寿命。
46.本技术提供一种调理电路100，该调理电路100用于与需要延长寿命的气体传感器110连接，当该气体传感器110不工作时，断开电源接口101与电源的连接，电源信号关断，开关模块102的第一端和第二端连接，即气体传感器110的第一电极111和第二电极112连接，从而使得气体传感器110在不工作时第一电极111和第二电极112的外部连接导通，释放气体传感器110 工作时积累的电荷，从而降低气体传感器110的功耗，延长气体传感器110 的使用寿命。
47.在上述实施例的基础上，优选地，图3为本技术一实施例提供的一种调理电路的结构示意图，如图3所示，该调理电路100还包括电流检测电路103，所述电流检测电路103的第一输入端用于连接所述第一电极111，所述电流检测电路103的第二输入端用于连接所述第二电极112。
48.本技术实施例中提供的调理电路100主要应用于气体传感器110，该气体传感器110目的是为例测量气体浓度，而气体浓度是根据电流大小计算出来的，因此本技术实施例中调理电路100还包括电流检测电路103，该电流检测电路103的第一输入端与气体传感器110的第一电极111连接，第二输入端与气体传感器110的第二电极112连接，在该气体传感器110工作时，电流检测电路103测量气体传感器110工作时的电流大小，并得到相应的电流信号大小。该电流检测电路103可以是电流检测模拟电路，也可以是电流检测芯片，具体可以根据实际情况进行确定，本技术实施例在此不做具体的限定。
49.本技术实施例中通过电流检测电路103对气体传感器110产生的电流进行测量，可以得到电流大小，当需要计算出待测气体浓度时，直接根据该电流大小按照计算公式就可以计算出来，方便快捷。
50.在上述实施例的基础上，优选地，所述气体传感器110包括电化学气体传感器，所述第一电极111为参考电极，所述第二电极112为工作电极。
51.具体地，本技术实施例中的气体传感器110特指电化学气体传感器，第一电极111指电化学气体传感器的参考电极，第二电极112指电化学气体传感器的工作电极。
52.电化学气体传感器一般由对电极和工作电极组成，在工作电极上进行氧化反应或
还原反应，产生带电离子和电子，带电离子和电子通过电解液转移到对电极上，在对电极上进行还原反应或氧化反应，产生与气体浓度成正比的电流，测量传感器回路的电流即可得到对应的环境气体浓度。但是在实际中由于电极表面连续发生电化发应，传感电极电势并不能保持恒定，在经过一段较长时间后，它会导致电化学气体传感器性能退化，为改善电化学气体传感器性能，在电化学气体传感器中引入了参考电极。参考电极安装在电解质中，与工作电极邻近，固定的稳定恒电势作用于工作电极，参考电极可以一直保持固定电压值。被测气体分子与工作电极发生反应，同时测量对电极上的电流，电流大小通常与被测气体浓度直接相关。
53.在使用该调理电路100对电化学气体传感器进行辅助时，当电化学气体传感器对待测气体浓度进行测量时，打开电源120开关，开关模块102控制端是与电源接口101连接的，开关模块102的第一端和开关模块102的第二端断开，也就是电化学气体传感器的工作电极和参考电极的外部连接是断开的，电化学气体传感器正常工作。待测气体在工作电极上进行氧化反应或还原反应，产生带电离子和电子，带电离子和电子通过电解液转移到对电极上，在对电极上进行还原反应或氧化反应，产生与气体浓度成正比的电流，通过测量该电流大小即可计算出待测气体浓度。当该电化学气体传感器不工作时，断开电源接口101与电源120的连接，开关模块102的第一端和第二端导通，即电化学气体传感器的工作电极和参考电极导通，也就是在电化学气体传感器在不工作时参考电极和工作电极的外部连接一直导通，因此对电极通过参考电极与工作电极导通，从而对电极和工作电极可以释放电化学气体传感器工作时积累的电荷，从而降低电化学气体传感器的功耗，延长使用寿命。
54.本技术提供一种调理电路100，当该电化学气体传感器不工作时，断开电源接口101与电源120的连接，使得开关模块102第一端和第二端导通，即电化学气体传感器工作电极和参考电极导通，也就是在电化学气体传感器在不工作时参考电极和工作电极的外部连接一直导通，对电极通过参考电极与工作电极导通，从而对电极和工作电极可以释放电化学气体传感器工作时积累的电荷，从而降低电化学气体传感器的功耗，延长使用寿命。
55.在上述实施例的基础上，优选地，所述所述开关模块102包括p型场效应管。
56.作为一种实施方式，图4为本技术实施例中开关模块为p型场效应管时调理电路的具体结构示意图，如图4所示，当开关模块102为p型场效应管时，场效应管的栅极为该开关模块102的控制端，场效应管的源极为该开关模块102的第一端，场效应管的漏极为该开关模块102的第二端，且参考电极的电压大于该p型场效应管的阈值电压。当该电化学气体传感器工作时，电源接口101与电源120连接，栅极g的电压大于源极s电压，源极s和漏极 d断开，电化学气体传感器正常工作；当该电化学气体传感器不工作时，电源接口101与电源120断开，栅极g的电压为0，小于源极s电压，并且参考电极的电压大于场效应管的阈值电压，即源极s电压与栅极g的电压差大于阈值电压，源极s和漏极d导通，从而可以释放电化学气体传感器工作时积累的电荷，从而降低电化学气体传感器的功耗，延长使用寿命。
57.在上述实施例的基础上，优选地，所述所述开关模块102包括pnp型三极管。
58.作为一种实施方式，图5为本技术实施例中开关模块为pnp型三极管时调理电路的具体结构示意图，如图5所示，当该开关模块102为pnp型三极管时，三极管的基极为开关模块102的控制端，三极管的发射极为开关模块 102的第一端，三极管的集电极为开关模块102的第二端，且参考电极的电压大于该三极管的阈值电压。当该电化学气体传感器工作
时，电源接口101与电源120连接，由于电源120电压大于参考电极电压，故发射极e的电压小于基极b的电压，发射极e和集电极c断开，电化学气体传感器正常工作；当该电化学气体传感器不工作时，电源接口101与电源120断开，基极b的电压为0，小于发射极e的电压，并且参考电极的电压大于场效应管的阈值电压，即发射极e的电压与基极b的电压差大于该三极管的阈值电压，发射极e和集电极c导通，从而可以释放电化学气体传感器工作时积累的电荷，从而降低电化学气体传感器的功耗，延长使用寿命。
59.需要说明的是，一般三极管的阈值电压为0.7v，因此参考电极的电压只需要大于0.7v即可。
60.本技术实施例通过p型场效应管或pnp型三极管来实现开关模块102，通过一个元器件实现开关模块102的功能，具有成本低、体积小和构造简单的优点。
61.在上述实施例的基础上，优选地，所述开关模块102包括控制器，所述控制器的第一输出端为所述开关模块102的第一端，所述控制器的第二输出端为所述开关模块102的第二端，所述控制器的使能端为所述开关模块102 的控制端。
62.作为一种实施方式，本技术实施例中开关模块102包括控制器，该控制器包括使能端、第一输出端和第二输出端，该控制器的使能端为开关模块102 的控制端，该控制器的第一输出端为开关模块102的第一端，该控制器的第二输出端为开关模块102的第二端。当该控制器的使能端接收到高电平时，控制第一输出端和第二输出端断开，当该控制器的使能端接收到低电平时，控制第一输出端和第二输出端导通连接。控制器可以是由电子元器件按照电路设计规则组装而成的模拟电路，也可以是由数字元器件按照数字电路连接规则连接而成的数字电路，举例地，控制器可以为数字处理器，为信息处理、程序运行的最终执行单元，一般用功能简单的小型微处理器就可以实现，常见的小型微处理器型号有51单片机、8086等。具体可以根据实际情况进行确定，本技术实施例对此不做具体限定。
63.本技术实施例给出了开关模块102的具体结构，通过控制器根据相应的电源信号控制电化学气体传感器工作电极和参考电极的导通与否。既可以使用数字电路来实现开关模块102；也可以在对电化学气体传感器的控制精度不高，且需要控制成本的情况下，可以使用模拟电路来实现开关模块102。
64.在上述实施例的基础上，优选地，如图3所示，该调理电路100还包括放大电路104和分压电路105，所述放大电路104的一端与所述电流检测电路 103的输出端连接，所述放大电路104的另一端与所述分压电路105的一端连接，所述分压电路105的另一端接地，其中：所述放大电路104用于对所述电化学气体传感器工作时的电流进行放大；所述分压电路105用于根据放大后的电流，得到相应的检测信号。
65.具体地，调理电路100是指对电流信号进行调理后输出所需要的调理信号，调理信号可以为电压信号，也可以为电流信号，一般是传感器输出电流经过一系列处理后输出的，当需要输出电压信号时，该调理电路100还包括放大电路104和分压电路105，其中，放大电路104的一端与电流检测电路 103的输出端连接，放大电路104的另一端与分压电路105的一端连接，分压电路105的另一端接地，放大电路104对电流进行放大后，经过分压电路105，输出相应的电压信号。本技术实施例中放大电路104可以为基本放大电路，基本放大电路输入电阻很低，一般只有几欧到几十欧，但其输出电阻却很高，具有结构简单、便于集成化等优点，集成电路中多采用这种耦合方式；也可以是放大器，具体可以根据实际情况进行确
定，本技术实施例在此不做具体的限定。分压电路105可以根据分压原理设计而成，串联分压指的是在串联电路中，各电阻上的电流相等，各电阻两端的电压之和等于电路总电压，可知每个电阻上的电压小于电路总电压，故串联电阻分压。
66.本技术实施例中通过放大电路104和分压电路105得到电压信号，使得该调理电路100可以适应各种不同的应用场景，增强该调理电路100的实用性。
67.图6为本技术一实施例提供的一种调理电路的结构示意图，如图6所示，该调理电路100包括电源接口101、pmos管、电流检测电路103、放大电路 104和分压电路105，该电源接口101用于与电源120连接，pmos管的栅极与该电源接口101连接，该pmos管的源极与电化学气体传感器的参考电极连接，该pmos管的漏极与电化学气体传感器的工作电极连接，电流检测电路103的第一输入端与流到对电极，第二输入端与参考电极连接，该电流检测电路103用于测量电化学气体传感器工作时的电流大小，并得到相应的电流信号；放大电路104的一端与电流检测电路103的输出端连接，放大电路 104的另一端与分压电路105的一端连接；该调理电路100还包括输出接口 106，分压电路105的另一端可以与输出接口106连接，用来输出电压信号，或者，输出接口106也可以与放大电路104的另一端连接，用来输出电流信号。
68.本技术提供一种调理电路100，当该电化学气体传感器不工作时，断开电源接口101与电源120的连接，使得pmos管栅极g的电压为0，而源极s 电压为参考电极的电压，因此pmos管栅极g电压小于源极s电压，并且参考电极的电压大于场效应管的阈值电压，即源极s电压与栅极g的电压差大于阈值电压，源极s和漏极d导通，从而可以释放电化学气体传感器工作时积累的电荷，从而降低电化学气体传感器的功耗，延长使用寿命；通过p型场效应管来实现开关模块102，一个元器件实现开关模块102的功能，具有成本低、体积小和构造简单的优点；通过电流检测电路103对电化学气体传感器产生的电流进行测量，可以得到电流大小，当需要计算出待测气体浓度时，直接根据该电流大小按照计算公式就可以计算出来，方便快捷；通过放大电路104 和分压电路105得到电压信号，使得该调理电路100可以适应各种不同的应用场景，增强该调理电路100的实用性。
69.在上述实施例的基础上，优选地，所述放大电路104包括电流放大器，所述分压电路105由若干个电阻依次串联组成。
70.作为一种实施方式，本技术实施例中，放大电路104包括电流放大器，该电流放大器一般为集成芯片，可以直接拿来使用。该分压电路105由若干个电阻依次串联组成，该分压电路105的一端与电流放大器的输出端连接，另一端接地，由于是串联而成，因此分压电路105中每个电阻上流过的电流是相同的，不同电阻处的电压不同，从而实现分压，输出电压信号。
71.本技术实施例还提供一种芯片，该芯片包括上述的调理电路100。芯片 (integrated circuit，ic)可以是但不限于是soc(system on chip，芯片级系统)芯片、sip(system in package，系统级封装)芯片。该芯片通过在电化学气体传感器不工作时使得参考电极和工作电极短接的技术手段，能够解决电化学气体传感器使用寿命短的技术问题。
72.本技术实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括设备主体以及设于设备主题内的如上述的芯片。电子设备可以是但不限于体重秤、体脂秤、营养秤、红外电子体温计、脉搏血氧仪、人体成分分析仪、移动电源、无线充电器、快充充电器、车载充电器、适配器、显示
器、usb(universal serial bus, 通用串行总线)扩展坞、触控笔、真无线耳机、汽车中控屛、汽车、智能穿戴设备、移动终端、智能家居设备。智能穿戴设备包括但不限于智能手表、智能手环、颈椎按摩仪。移动终端包括但不限于智能手机、笔记本电脑、平板电脑、pos(point of sales terminal，销售点终端)机。智能家居设备包括但不限于智能插座、智能电饭煲、智能扫地机、智能灯。该电子设备通过在电化学气体传感器不工作时使得参考电极和工作电极短接的技术手段，能够解决电化学气体传感器使用寿命短的技术问题。
73.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
74.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。