【应用】运算放大器SGM8542XS用于智能烟雾传感器，具有低功耗、0.5pA低偏置电流和2.1V低供电电压等优势

时间： 2020-02-15 来源：世强

技术问答

智能烟感由传统烟雾感应报警器和无线通信模块组成，当检测到烟雾浓度超标时，本地启动声光报警，同时将报警信息通过无线模块及网关反馈给用户手机客户端，实现智能报警。

智能烟雾传感器主要由光学迷宫完成，迷宫内有一组红外发射、接收光电管，对射角度为135度。当环境中无烟雾时，接收管接收不到红外发射管发出的红外光，此时采样电路无电信号变化；当环境中有烟雾时，烟雾颗粒进入迷宫内使发射管发出的红外光发生散射，散射的红外光的强度与烟雾浓度有一定线性关系，此时采样电路发生变化，通过报警器内置的主控芯片判断这些变化量来确认是否发生火警，一旦确认火警，报警器发出火警信号，火灾指示灯(红色)点亮，并启动蜂鸣器报警。

笔者设计的这款智能烟雾传感器采用圣邦微推出的运算放大器 SGM8542XS构成光电二极管放大电路，完成数据采集，实现烟雾检测及报警。

项目背景：笔者设计的这款智能烟雾传感器是智能安防套装中的的一员，安防套装以家庭网关为中心，包括可燃气体传感器、智能烟雾传感器、PIR红外传感器、门窗开合传感器等检测装置，实现智能检测、智能看护家庭的功能。用户可以通过手机APP查看家庭各个传感器的状态，也可以将传感器和家庭中的摄像头进行联动，当传感器数据检测到异常时自动拍照并上传到服务端，以便用户第一时间掌握事件动态。

智能烟雾传感器作为电池供电产品，要求设备具有较低的运行功耗，圣邦微SGM8542XS的静态电流为46uA，满足系统低功耗的要求；电池供电电压为3V，随着电池的使用，供电电压会逐步降低，这就要求我们选用供电电压范围更宽一些的运放，SGM8542XS最低供电电压为2.1V，可以很好地满足产品使用场景。同时，测量微弱电流要求运放的输入偏置电流越低越好，SGM8542XS具有极低的0.5pA输入偏置电流。综上，笔者选用了圣邦微 SGM8542XS做为烟感的采集电路运放。

智能烟感框图如下：

运放部分电路原理图：

光电二极管放大电路采用圣邦微推出的运算放大器SGM8542XS，运放通过单片机的GPIO供电，降低系统功耗。

检测原理：光信号---光电转化电路（高速pin光电二极管）---前置放大电路---滤波电路---数据采集模块（低功耗单片机）

发射电路由单片机通过GPIO控制发光二极管实现。

接收电路：

光电二极管在光的照射下会产生光电流。光电流再经过I-V转换成光电压。即光功率和输出电压有着一定的比例关系。其中R14的作用是将电流信号放大。电容C17的作用是使电路更加稳定，避免产生振铃现象。

电阻R11，R12作为补偿电阻，以此来减小运放输入电流引起的偏置效应。

其中U2A和周边阻容器件构成前置放大电路，U2B和周边阻容器件构成滤波电路，将采集到的电压信号输出给单片机。

PCB实物图：

其它部分电路原理图如下：

电源供电电路

为了使低功耗单片机和运算放大器SGM8542XS有稳定的供电电压，设计中采用LDO将电池电压转换为2.3V的电压后给单片机及运放供电，保证采样的稳定性。

除去上文叙述的优点之外，智能烟雾传感器中运算放大器选用SGM8542XS，还具有以下优势：

1、SGM8542XS（双通道）是低成本，轨到轨输入和输出电压反馈放大器，具有宽输入共模电压范围和输出电压摆幅，并将最小工作电压降至2.1V，建议的最大电源电压为5.5V，所有规格均在扩展的-40℃至+125℃温度范围内。

2、SGM8542XS（双通道）在每个放大器46uA的低电流消耗下提供1.1MHz带宽，极低的0.5pA输入偏置电流使得SGM8542XS可用于积分器，光电二极管放大器和压电传感器。轨到轨输入和输出对设计人员在单电源系统中缓冲ASIC非常有用。

综上，圣邦微的运算放大器SGM8542XS具有很高的性价比，推荐给各位工程师使用。

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全部评论（2）

FENT Lv8. 研究员 2020-08-24

学习
用户43004597 Lv7. 资深专家 2020-02-19

检测原理：光信号---光电转化电路（高速pin光电二极管）---前置放大电路---滤波电路---数据采集模块（低功耗单片机）发射电路由单片机通过GPIO控制发光二极管实现