MAX40108：低功耗运放赋能便携式气体检测

在消费电子与工业物联网（IIoT）领域，电化学气体传感器广泛应用于乙醇、一氧化碳（CO）等有害或可燃性气体的检测。然而，这类传感器需持续偏置才能保持稳定，传统方案往往难以兼顾低功耗与快速响应。Maxim Integrated（现为Analog Devices旗下）推出的MAX40108超低功耗、高精度运算放大器，为这一挑战提供了理想解决方案。

电化学传感器的功耗困境

电化学气体传感器通常为三电极结构：工作电极（WE）、参比电极（RE）和对电极（CE）。其工作原理依赖于在WE施加精确偏置电压（如0.7V），使目标气体发生氧化还原反应，产生与浓度成正比的微弱电流信号。该电流经跨导放大器转换为电压后，由MCU进行采样分析。

关键挑战在于，这些传感器一旦断电，重新上电后需要数十分钟甚至数小时才能恢复稳定电化学状态。因此，即使系统处于休眠模式，传感器及其偏置电路也必须保持“常开”，导致静态功耗成为设计瓶颈。尤其在使用单节AA/AAA电池（标称1.5V）的便携设备中，电源电压随使用逐渐下降，要求前端电路能在低至0.9V下仍可靠工作。

MAX40108：专为低功耗传感而生

MAX40108是一款专为仪器级应用设计的零漂移、轨到轨输入/输出运算放大器，具备以下关键特性：

超低工作电压：支持0.9V至3.6V宽电源范围，可直接由单节碱性电池供电。

极低静态电流：典型值仅25.5 µA，显著降低长期偏置功耗。

高精度性能：典型输入失调电压漂移为1 µV/°C，确保长时间运行下的测量稳定性。

小尺寸封装：采用1.22 mm × 0.92 mm的8引脚WLP封装，适合空间受限的可穿戴与便携设备。

关断模式：支持进一步降低功耗，适用于间歇性工作的系统。

典型应用电路与性能验证

如图1所示，MAX40108可用于构建完整的电化学传感器前端。其中，第一颗运放（U1）为参比电极提供稳定偏置，第二颗（U2）配置为跨导放大器，将传感器电流转换为电压信号。后续可配合MAX44260等放大器进行信号调理。

图1.使用MAX40108的电化学传感器的框图

在乙醇传感器（SPEC 3SP_Ethanol_1000）评估中，系统由1.5V AA电池供电。实验通过将乙醇浸润的棉签置于传感器前，模拟气体暴露。结果显示，传感器能快速响应气体浓度变化（图2），且当棉签远离时，响应幅度相应减小（图3），验证了其灵敏度与线性度。

图2.乙醇传感器的性能

图3.蒸气远离SPEC传感器时乙醇传感器的性能

值得注意的是，尽管整个系统（含MCU）工作电流约90 mA，但MAX40108本身仅消耗25.5 µA。MCU采用间歇唤醒策略（每10秒唤醒一次），在非测量期间最大限度降低功耗。

CO检测应用与安全考量

MAX40108同样适用于CO检测。实验中，通过在密闭容器内燃烧蜡烛生成CO气体，并使用同一型号传感器进行捕获（图4）。结果表明，该运放前端能有效检测低浓度CO，为家用报警器、工业安全监控等应用提供可靠支持。

图4.MAX40108 CO传感器的性能

由于CO具有毒性，实验需在通风良好环境下进行，确保操作安全。

应用前景与优势总结

MAX40108的推出，解决了低功耗气体检测系统中“持续偏置”与“电池寿命”的矛盾。其在0.9V下的稳定工作能力，使设计者无需升压电路即可直接利用电池供电，简化了电源架构。

该器件特别适用于：

便携式酒精检测仪

家用CO报警器

可穿戴健康监测设备

工业环境气体监控节点

深圳市中芯巨能电子有限公司代理销售ADI(亚德诺)旗下全系列IC电子元器件，为制造业厂家的工程师或采购提供选型指导+数据手册+样片测试等服务。如需MAX40108产品规格书、样片测试、采购等需求，请加客服微信：13310830171。