智能手机检测VOC气体 Cambridge CMOS Sensors

来源：东莞国弘环保作者：谭工发表时间：2015-11-17

提起voc大家一定不陌生，在喷漆、丝印移印等生产工序中，我们都能亲密接触到VOC气体，VOC是挥发性有机化合物(volatile organic compounds）的英文缩写。近年来，各地环保部门已经加强了VOC排放总量控制以及排放治理，根据十三五规划的媒体报道，十三五期间VOC气体治理仍是重点。那么对于普通民众来说，为了防止voc对身体健康产生危害，应该如何轻松快捷地检测出所处环境的voc含量呢? 最近网上有传Cambridge CMOS Sensors （简写：CCS）的气体传感器用于智能手机的新闻。前几天，CCS公司产品营销总监Paul Wilson也要临深圳，对公司的新一代气体传感器CC811数字气体传感器，做了一次专门的媒体发布会。
智能手机需要新技术，尤其要靠新的传感器给智能手机带来新的卖点。如果智能手机能够检测出VOC气体（注：VOC是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写），确实会让手机厂商们以此作为一个卖点。但气体传感器能够为手机增加什么样的功能，可以帮助手机用户检测室内的甲醛、苯、煤气、CO或是酒精的浓度吗？
首先我们来看看CCS的气体传感的技术和产品。CCS公司产品营销总监Paul Wilson介绍，CCS成立于2008年，是一家IC设计公司，其总部位于英国剑桥。核心技术是MEMS CMOS Micro-hotplates（中文为微加热盘）的技术应用。与其它气体传感器不同的是，CCS公司的微加热盘采用了金属钨作为热传导反应载体，可以20微秒内完成加热过程，而传统的气体检测加热盘，则需要5至10分钟。因此在化学反应过程中，气体的检测只需要花耗6微瓦的功耗，在现有的三种检测模式中最为省电。另外CCS的CMOS气体传感器的另一个优点是，在不接触水的情况下，与空气接触的检测行为，几乎不会有任何的功能衰减。“我们做了700多万次的测试，几乎没有衰减。它的有效使用时间可长达五年。” Paul Wilson表示。

通过这个专利技术，CCS公司发布了第一代的气体传感器是CC801。在一些手机配件、可穿戴设备以及消费电子上，出货量达到了15万片。但CCS801作为一个传感器，它需要与MCU和其它外围元件一起，设计成一个模组，才能与处理器一起做成产品。“CC801与不同的MCU搭配，每个工程师都要重新调试设置参数，我们的支持人员和客户工程师都感到很辛苦。因此推出了这款内置Silab的8051核的MCU，ADC和以及I2C数字接口，所有这些功能都集成到一个尺寸为2.7mmx4.0mm的LGA封装中，适应于低功耗与小尺寸的应用，例如在智能手机和可穿戴设备上，” Paul Wilson说。

CCS811可以有三种主动检测模式：1秒一次，10秒一次以及60秒一次，主动测试时的功耗低于每分钟1.2mW。另外还可设置为idle空闲模式，功耗低于6uW，它在不开启使用时几乎不会损害手机的待机时间。

它用在手机时，可以做到哪些检测呢？

CCS公司产品营销总监Paul Wilson表示，CCS811可以用于检测酒精和危险气体，例如CO和各种VOC。如果是将手机开启气体检测模式，它可以检测到家里的CO（煤气）浓度，或是检测VOC的浓度，并通过手机的APP，发出警报。下面是一家深圳的手机公司根据CCS801做出的手机样机。里面的APP显示出检测的eCO2的浓度数据。eCO2是等效二氧化碳的等级或是总TVOC的指标，数据精确到了PPM级。

因此，如果是采用了CCS811的手机，在室内开启检测模式时，是可以迅速检测到室内的煤气的浓度是否超标，这算是一个很有用的功能。

但Paul也指出，CCS811或是CCS801都不能用于直接检查室内装修材料释放的甲醛或是苯的浓度。虽然通过第三方在欧洲很多国家地区作过检测，室内的eCO2数据与甲醛或是苯与有一个大概的换算关系，但依然不能作为检测结果使用。因此，他认为采用CCS811的手机或可穿戴设备或是智能家居、物联网的新产品，最好是采用区域数据划分警示等级，而不宜直接向消费者给出数值作为检测参考结果。

另外，由于PM 2.5是属于微小颗粒物质，CCS801或CCS811，均不能检测PM 2.5的数据。

CCS811的采购成本是一万片起批量采购的价格单片5.82美金。现在CCS公司提供样片和开发评估工具，明年1月量产。该芯片的晶圆代工TSMC，封装在日月光。

最后的结论：

CCS811是一颗低功耗小尺寸功能强大的气体传感器，它比前一代的产品CCS801更适合用于手机，以及可穿戴设备、智能家居和物联网设备上。当然，成本也不会低。