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CCS811基于CCS獨有的微加熱板技術(shù)，將金屬氧化物氣體傳感器和微控制器子系統集成在一起，可用于檢測乙醇（酒精）和危險氣體，例如一氧化碳（CO）和各種各樣的揮發(fā)性有機化合物（VOC）。這種獨一無(wú)二的技術(shù)通過(guò)非?？焖俚臏y量周期和測量時(shí)間，顯著(zhù)地降低了功耗。
“客戶(hù)可以輕松地將CCS811集成至智能手機、可穿戴設備與聯(lián)網(wǎng)設備中，實(shí)現室內空氣質(zhì)量監測，從而使其產(chǎn)品實(shí)現差異化。”CCS產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監Paul Wilson如是說(shuō)。
CCS800的秘密武器：微加熱板技術(shù)
氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉換成可以被人員、儀器儀表、計算機等利用的信息的裝置。它包括：半導體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導式氣體傳感器、紅外線(xiàn)氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器等。而CCS811就屬于半導體氣體傳感器。
據了解，紅外氣體傳感器及儀器應用廣泛，適用于監測幾乎各種氣體。具有精度高、選擇性好、可靠性高、不中|毒、不依賴(lài)于氧氣、受環(huán)境干擾因素較小、壽命長(cháng)等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，由于正處于起步階段，技術(shù)壁壘高，市場(chǎng)占有率低，規?；a(chǎn)程度低，造成成本高。據潘俊杰介紹，紅外線(xiàn)傳感器比半導體式傳感器的成本高30美金左右。
潘俊杰稱(chēng)，電化學(xué)式傳感器雖然功耗非常低，但體積大，而且有一個(gè)嚴重的問(wèn)題，即壽命短。CCS大中華區總經(jīng)理潘俊杰指出，電化學(xué)式傳感器一旦接近高濃度酒精就會(huì )中|毒，這個(gè)傳感器就會(huì )報銷(xiāo)。如交警用于查酒駕的儀器，里面采用的就是電化學(xué)式傳感器，基本半年就要換一次。
而傳統的半導體式傳感器，其加熱板采用的材質(zhì)往往是銅片或鐵片，體積大，功耗大，而且容易老化，壽命短。“CCS推出的傳感器，其加熱板以鎢為材質(zhì)，20微秒內可以完成加熱過(guò)程，而傳統的其他檢測加熱板，需要5-10分鐘。另外，CCS的加熱板埋在標準的CMOS的制程里面，不會(huì )與空氣接觸，不容易老化，壽命更長(cháng)。而且我們將這個(gè)加熱板做的很小，所以叫微加熱板。”潘俊杰表示，“CCS811非常適合用在消費類(lèi)電子領(lǐng)域，因為其體積小，功耗低，而且本身經(jīng)過(guò)了傳統消費電子的測試，如防摔、高低溫測試、靜電測試等，我們經(jīng)過(guò)700多萬(wàn)次的測試，使用期限長(cháng)于5年。”
CCS811如何偵測出有害氣體？
實(shí)際上，基于CCS獨有的微加熱板技術(shù)，CCS早前已經(jīng)發(fā)布了第一代氣體傳感器CCS801，只不過(guò)是模擬的，而且需要花很長(cháng)的時(shí)間去做軟體、硬體和氣體的校正。CCS811則將金屬氧化物氣體傳感器和微控制器子系統集成在一起，大大簡(jiǎn)化了設計，延長(cháng)了電池續航時(shí)間，縮減了系統成本。
據 Paul Wilson介紹，CCS811將金屬氧化物（MOX）氣體傳感器、微控制器、模數轉換器（ADC）和I2C數字接口這些功能都集成到單一小型化的、尺寸為2.7mm×4.0mm、腳距為0.6mm的平面柵格陣列（LGA）封裝中，適用于低成本的PCB技術(shù)。
此外，CCS811支持與應用處理器兼容的標準I2C數字接口，提供高度集成的解決方案。“與使用分離式氣體傳感器和微控制器芯片的解決方案相比，分離式方案通常需要2個(gè)或更多的附加元件，價(jià)格也不便宜，在10美金左右，而CCS811可以節省設備的物料清單成本以及高達60%的占板面積。”Paul Wilson說(shuō)。
Paul Wilson稱(chēng)，CCS811主要針對室內空氣的品質(zhì)，可用于檢測乙醇（酒精），CO、CO2、甲醛等各種揮發(fā)性有機化合物（VOC）。不過(guò)，CCS811只是測出整體的VOC的值，并不能直接測出每種氣體的含量。“因為只有一種涂層，所以酒精、CO、甲醛都會(huì )反應，沒(méi)法分辨出各種氣體的具體含量，但可以通過(guò)演算法推算出CO2和甲醛的濃度。”Paul Wilson進(jìn)一步表示，CO2沒(méi)法與半導體式傳感器做反應，因為CO2結構很穩定。CCS811之所以可以偵測CO2，是因為在密封的空間呼出CO2后，也會(huì )呼出微量的VOC，這與CO2濃度息息相關(guān)，由于二者成正比關(guān)系，所以可以推測出CO2的濃度。至于甲醛，只有紅外線(xiàn)傳感器才可以準確地測出甲醛的濃度，CSS811測出來(lái)的是兩個(gè)值——TVOC和eVOC的值，根據歐洲的研究報告，用戶(hù)可以用TVOC的值乘以0.4，推斷出甲醛的含量，而且這個(gè)推斷很?chē)乐敗?/p>
CCS811支持三種低功耗優(yōu)化測量模式：1秒鐘偵測一次，10秒鐘偵測一次，60秒鐘偵測一次，在進(jìn)行主動(dòng)式傳感器測量時(shí)每分鐘的功耗低于1.2mW，空閑模式下低于6μW。
根據歐洲標準，室內空氣質(zhì)量分為三個(gè)等級，綠色、橙色和紅色分別代表空氣質(zhì)量的高中低，對應的CO2、濃度分別為600ppm以下，600-5000ppm，5000ppm以上。“在消費電子產(chǎn)品里面，一般用顏色對空氣質(zhì)量進(jìn)行區分，在與使用者溝通時(shí)，也會(huì )用好、有問(wèn)題、很糟幾個(gè)顏色的代表值去跟使用者溝通。”paul Wilson如是說(shuō)。
Paul Wilson透露，第一代產(chǎn)品CCS801早已量產(chǎn)，出貨量已達到15萬(wàn)片。CCS811的量產(chǎn)時(shí)間則在明年1月，不過(guò)現在已經(jīng)有大量樣品給一些客戶(hù)做參考設計，今年年底應該有整機產(chǎn)品上市。至于價(jià)格，Paul Wilson表示，CCS采用標準的CMOS制程做氣體傳感器，所以在產(chǎn)能、成本方面非常有競爭力。在一萬(wàn)片批量采購時(shí)的單價(jià)為5.82美金。
還有哪些新的應用場(chǎng)景？減肥氣體？
據介紹，CCS801和CCS811皆可以應用在智能手機、可穿戴設備、智能家居設備、手機配件等領(lǐng)域。不過(guò)，由于CCS801是模擬傳感器，工程師需要花較長(cháng)時(shí)間做軟體、硬體和氣體校正，另外，加上手機的驗證周期較長(cháng)，需要考慮ID、防水等因素，實(shí)際上，早期的客戶(hù)多用在手機配件、物聯(lián)網(wǎng)智能家居上。不過(guò)，CCS811的結構已經(jīng)優(yōu)化，非常適合用在智能手機上。
Paul Wilson直言，CCS811在進(jìn)行主動(dòng)式傳感器測量時(shí)每分鐘的功耗為1.2mW，在接下來(lái)的產(chǎn)品規劃中CCS會(huì )考慮把功耗做的更低。另外，涂層部分，也會(huì )考慮除了針對室內氣體外，是不是也將臭氧、二氧化硫、汽車(chē)尾氣等室外氣體囊括進(jìn)來(lái)，這也是CCS規劃的重點(diǎn)。此外，CCS也會(huì )考慮將多種傳感器集成在一個(gè)傳感器里面，這樣可以更準確地知道氣體的種類(lèi)。“因為現在只有一個(gè)加熱板，一種化學(xué)涂層，很難確切知道各種氣體的含量，當有兩個(gè)化學(xué)涂層，就有能力知道具體是哪種氣體。”Paul Wilson稱(chēng)，關(guān)鍵在于消費者需要什么樣的氣體傳感器。
在應用方面，CCS也在考慮更多新的應用場(chǎng)景。Paul Wilson舉例稱(chēng)，以前物聯(lián)網(wǎng)設備偵測到CO2只是發(fā)出警告，在手機里面，還有很多想象空間，比如偵測到CO2，自動(dòng)打電話(huà)報警，或者通知家人。再比如，現在智能手表、智能手環(huán)都有計步器和測心跳的功能，未來(lái)是不是還可以偵測所謂的減肥氣體。他說(shuō)，類(lèi)似的概念還在慢慢醞釀，關(guān)鍵在于是否有辦法實(shí)現。
據悉，所謂的減肥氣體，是偵測呼出氣體CO2。正常情況下，人體呼出的CO2為1ppm，運動(dòng)后，呼出的CO2會(huì )從1ppm增加到4ppm，從而通過(guò)呼出氣體測出消耗熱量和減肥效果。
如果CCS未來(lái)推出的氣體傳感器不僅可以偵測室內空氣質(zhì)量，還可以偵測室外氣體，而且還能確切測出各種氣體的含量，其應用前景將更加廣闊。此外，毫無(wú)疑問(wèn)的是，在應用場(chǎng)景方面，氣體傳感器還有無(wú)限的想象空間，若真能偵測所謂的減肥氣體，這無(wú)疑將給智能手機、可穿戴設備增加一個(gè)差異化的賣(mài)點(diǎn)。
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