上圖紅色圈中即為CCS811傳感器芯片,它可以單獨應用在手機或其它電子產品上

上圖紅色圈中即為CCS811傳感器芯片,它可以單獨應用在手機或其它電子產品上

智能手機需要新技術,尤其要靠新的傳感器給智能手機帶來新的賣點。如果智能手機能夠檢測出VOC氣體(注:VOC是揮發性有機化合物的英文縮寫),確實會讓手機廠商們以此作為一個賣點。但氣體傳感器能夠為手機增加什麼樣的功能,可以幫助手機用戶檢測室內的甲醛、苯、煤氣、CO或是酒精的濃度嗎?

Cambridge CMOS Sensor(CCS)公司產品營銷總監Paul Wilson 在介紹CC811氣體傳感器的技術

首先我們來看看CCS的氣體傳感的技術和產品。CCS公司產品營銷總監Paul Wilson介紹,CCS成立於2008年,是一家IC設計公司,其總部位於英國劍橋。核心技術是MEMS CMOS Micro-hotplates(中文為微加熱盤)的技術應用。與其它氣體傳感器不同的是,CCS公司的微加熱盤採用了金屬鎢作為熱傳導反應載體,可以20微秒內完成加熱過程,而傳統的氣體檢測加熱盤,則需要5至10分鐘。因此在化學反應過程中,氣體的檢測只需要花耗6微瓦的功耗,在現有的三種檢測模式中最為省電。另外CCS的CMOS氣體傳感器的另一個優點是,在不接觸水的情況下,與空氣接觸的檢測行為,幾乎不會有任何的功能衰減。“我們做了700多萬次的測試,幾乎沒有衰減。它的有效使用時間可長達五年。” Paul Wilson表示。

通過這個專利技術,CCS公司發布了第一代的氣體傳感器是CC801。在一些手機配件、可穿戴設備以及消費電子上,出貨量達到了15萬片。但CCS801作為一個傳感器,它需要與MCU和其它外圍元件一起,設計成一個模組,才能與處理器一起做成產品。“CC801與不同的MCU搭配,每個工程師都要重新調試設置參數,我們的支持人員和客戶工程師都感到很辛苦。因此推出了這款內置Silab的8051核的MCU,ADC和以及I2C數字接口,所有這些功能都集成到一個尺寸為2.7mmx4.0mm的LGA封裝中,適應於低功耗與小尺寸的應用,例如在智能手機和可穿戴設備上,” Paul Wilson說。

CCS811可以有三種主動檢測模式:1秒一次,10秒一次以及60秒一次,主動測試時的功耗低於每分鐘1.2mW。另外還可設置為idle空閒模式,功耗低於6uW,它在不開啟使用時幾乎不會損害手機的待機時間。

那麼它用在手機時,可以做到哪些檢測呢?

CCS公司產品營銷總監Paul Wilson表示,CCS811可以用於檢測酒精和危險氣體,例如CO和各種VOC。如果是將手機開啟氣體檢測模式,它可以檢測到家裡的CO(煤氣)濃度,或是檢測VOC的濃度,並通過手機的APP,發出警報。下面是一家深圳的手機公司根據CCS801做出的手機樣機。裡面的APP顯示出檢測的eCO2的濃度數據。eCO2是等效二氧化碳的等級或是總TVOC的指標,數據精確到了PPM級。

在電子工程專輯記者朝手機進氣孔吹氣後,eCO2的數據從900左右提升到了1408。 手機的檢測結果反應相當敏捷

在電子工程專輯記者朝手機進氣孔吹氣後,eCO2的數據從900左右提升到了1408。手機的檢測結果反應相當敏捷

上圖是10秒檢測一次,當Paul用水筆(帶有很濃的酒精)劃過手機時,eCO2數據出現很陡的上升曲線,並達到了警報區域

上圖是10秒檢測一次,當Paul用水筆(帶有很濃的酒精)劃過手機時,eCO2數據出現很陡的上升曲線,並達到了警報區域

因此,如果是採用了CCS811的手機,在室內開啟檢測模式時,是可以迅速檢測到室內的煤氣的濃度是否超標,這算是一個很有用的功能。

但Paul也指出,CCS811或是CCS801都不能用於直接檢查室內裝修材料釋放的甲醛或是苯的濃度。雖然通過第三方在歐洲很多國家地區作過檢測,室內的eCO2數據與甲醛或是苯與有一個大概的換算關係,但依然不能作為檢測結果使用。因此,他認為採用CCS811的手機或可穿戴設備或是智能家居、物聯網的新產品,最好是採用區域數據劃分警示等級,而不宜直接向消費者給出數值作為檢測參考結果。

另外,由於PM 2.5是屬於微小顆粒物質,CCS801或CCS811,均不能檢測PM 2.5的數據。CCS811的採購成本是一萬片起批量採購的價格單片5.82美金。現在CCS公司提供樣片和開發評估工具,明年1月量產。該芯片的晶圓代工TSMC,封裝在日月光。最後的結論: CCS811是一顆低功耗小尺寸功能強大的氣體傳感器,它比前一代的產品CCS801更適合用於手機,以及可穿戴設備、智能家居和物聯網設備上。當然,成本也不會低。

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