新一代设计架构，CCS811能轻松让智能手机拥有嗅觉

发布时间：2015-11-19 阅读量：2304 来源: 我爱方案网作者:

【导读】近日，Cambridge CMOS Sensors（CCS）正式宣布，推出其超低功耗微型气体传感器产品系列CCS800的首款数字产品CCS811。这款传感器使用了CCS独有的微加热板技术，这项技术将金属氧化物气体传感器和微控制器子系统集成在一起，减小体积的同时也显著降低了功耗。

气体传感器在家用有害气体检测、工业和环境检测等方面有着广泛的应用。目前可用的气体传感器种类很多，但都有各自的局限性，因此在不同的环境下会需要用到不同的传感器种类。目前常见的传感器有半导体气体传感器、电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器、热导式气体传感器、红外线气体传感器、固体电解质气体传感器等。CCS811属于半导体气体传感器。

下方的黑色元件即为CCS811

CCS大中华区总经理潘俊乐表示：目前市场应用较多的除半导体传感器外有红外传感器、电化学气体传感器等。由于可以直接探测出大多数气体的含量，并且可靠性好、受环境干扰因素小，红外传感器的测量结果最为精确，但目前红外线的成本相对还较高，据潘俊乐介绍，每个红外传感器的成本会比半导体式的传感器的成本高30美金左右。

潘俊乐为在场媒体讲解CCS811的优势

而电化学式传感器的功耗虽然非常低，但是它的体积很大，并且有一个严重的问题，即寿命短。由于该传感器的检测需要气体与传感器电极发生反应，因此会存在一个明显的损耗，并且当该传感器接触到高浓度刺激性气体的时候会发生过度反应，导致传感器直接报废。如交警使用的检查酒驾的仪器就是电化学传感器。其器件基本每半年就需要更换一次。

传统的加热板采用的材质往往是铜片或铁片，增加了功耗和体积的同时还容易老化。而CCS的传感器加热板以钨为材质，相对于传统的5-10分钟的加热时间，只需20毫秒即可完成加热过程。并且由于CCS的加热板埋在标准的CMOS制程里，不会与空气接触。因此寿命更长。潘俊乐表示，CCS811的体积非常小，并且功耗很低，因此很适合应用于消费电子领域。

CCS811的检测原理

CCS的产品营销总监Paul Wilson表示，CCS811将金属氧化物气体传感器、微控制器、模数转换器（ADC）和I2C数字接口这些功能都集成到了单一小型化的、尺寸为2.7mm×4.0mm、脚距为0.6mm的平面栅格阵列（LGA）封装中。当空气中的可挥发性有机化合物VOC（如一氧化碳和甲醛）与CCS811内的反应涂层发生反应时，传感器就可以根据发生的反应推算出VOC的含量。

Paul在演讲

值得一提的是，由于只有一种涂层，CCS811只能检测出所有VOC的总量，而无法分辨其中每种气体含量的具体值。特别的一点是：由于二氧化碳的结构很稳定，因此它不会与半导体式传感器发生反应，但由于CCS811是针对室内环境设计的传感器，在室内环境下，二氧化碳基本来自于人的呼吸，当人呼出二氧化碳时也会呼出一定量的VOC，而人体呼出的二氧化碳与VOC的比值基本是一个固定值。因此CCS811可以根据检测到的VOC的含量来推断环境中二氧化碳的含量。

CCS811的结构图

类似的，根据第三方研究机构在多处场所中取样调查得出的研究结果，在一般室内气体成分中，甲醛的含量会是全部VOC含量的40%，因此用户也可以用CCS811来比较准确的推测室内的甲醛含量。

更为成熟的应用

其实CCS811的上一代产品CCS801早已量产，并且已经成功的融合进了智能手机当中，潘俊乐当场为我们做了演示，基于CCS801制造的智能手机拥有检测二氧化碳浓度的功能，其反应非常敏捷，并且准确度也很高。并且由于其体积极小，功耗极低，这个传感器完全不会让手机变得笨重。CCS811预计明年初实现量产，但现在已有大量样片可供客户测试调整。

将手机放入呼过一口气的塑料袋中后密封袋口，可以看到检测到的二氧化碳含量迅速上升

这个小孔就是气体的入口

由于CCS801是模拟传感器，因此工程师在软硬件方面需要花较多的时间和精力做校正。而CCS811的结构已经经过优化，非常适合用在智能手机和各种微型物联网设备内，CCS正在计划未来在传感器产品中嵌入多层反应膜，以分别测量各种气体的值，如果能做到这样的程度，CCS系列传感器的应用场景将得到更大的拓宽。

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