电化学传感器可以感测各种材料，通常以气体或液体形式，并且可以在感测环境中提供这种材料的浓度的电气表示。在其他应用中，化学浓度信息可用于制造、勘探、安全监测、医疗诊断和治疗或其组合。电化学传感器可以基于各种技术。一些技术提供非常小的信号，但同时以非常经济的方式提供可靠的精确信息。处理这种电化学传感器的小信号的改进可以有助于提供使用这种传感器的进一步的精度和灵活性。
技术实现要素：
提供在处理来自电化学传感器的信号时改善噪声性能的技术。在例子中，接口电路可包括：第一放大器，被配置为向所述电化学传感器的反电极提供电压；第二放大器，被配置为从所述电化学传感器的工作电极接收传感器信息并且使用所述传感器信息提供浓度信息。在某些例子中，所述第一放大器的输入可直接耦合到所述第二放大器的输入，以衰减所述第一放大器或第二放大器在由所述第二放大器提供的浓度信息内的噪声。
本概述旨在提供本专利申请的主题的概述。它并不打算提供对本发明的排他或详尽的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的进一步信息。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的组件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似组件的不同实例。举例来说，附图通常以举例的方式而非限制性地说明本文件中所讨论的各种实施例。
图1描述用于零偏置电化学传感器的示例偏置电路。
图2描述用于零偏置电化学传感器的示例偏置电路。
图3示出了用于具有多个输出的零偏置电化学传感器的示例偏置电路。
图4示出了用于具有多个输出的电化学传感器的示例偏置电路。
图5总体示出了可以在传感器的输出快速变化时保护电化学传感器的中断的示例偏置电路。
图6概括地示出了用于改善用于电化学传感器的接口电路的噪声性能的示例方法的流程图。
图7大致示出了用于在处理从电化学传感器接收到的信号时提供动态增益调整的方法的流程图。
具体实施方式
本发明人已经认识到用于降低用于控制和处理电化学传感器的信号的感测电路中的噪声的设备和方法。通常，电化学传感器使用偏置信号来产生包括传感器正在感测的环境内的化学浓度的表示的感测信号。电化学传感器的端子或电极可以包括但不限于工作电极、参考电极和反电极。工作电极通常会响应目标化学物质，并可能导致化学物质的氧化或还原。氧化或还原过程可以产生指示感测环境中化学品浓度的电流。
感应电路可以使用参考电极在工作电极上保持一个固定的电位。对于零偏置传感器，传感电路可以将工作电极和参考电极保持在相同的电位。对于非偏置传感器，传感电路可以保持参考电极和工作电极之间的偏移。
反电极可以用工作电极和传感电路的传感电子元件完成一个传感电路。反电极可以引起与工作电极相反的化学过程，例如，如果工作电极在氧化和氧化目标化学品，如果工作电极在减少，则还原目标化学品。可以允许反电极的电位浮动并且可以随着目标化学物质的浓度在感测环境中变化而改变。通常，反电极的电势不如通过反电极偏置传感器那么重要，以保持参考电极和工作电极之间的期望电势。
通常，感测电路可以包括两个放大器。第一放大器可用来使用参考电极的反馈偏置反电极。可以使用第二放大器，例如互阻抗放大器来将通过工作电极提供的电流转换成指示感测环境内的目标化学浓度的电压。在传统的感测电路中，参考发生器可以提供用于输入到第一放大器的第一参考和用于输入到第二放大器的第二参考。这种配置导致在第一和第二放大器中产生噪声，并且还导致产生第一和第二放大器的每个参考。在某些例子中，第一个参考和第二个参考可以是相同的。
图1示出了用于零偏置电化学传感器101的示例偏置电路100。偏置电路100可以包括第一放大器102、第二放大器103、参考发生器104以及第一和第二校准电阻器(r负载、rtia)。在某些例子中，偏置电路100可以包括用于如上所述的常规使用的可选参考发生器105。第一放大器102可以偏置反电极(ce)并且可以接收来自参考电极(re)的反馈。第二放大器103与第一校准电阻器(rtia)配合可以接收来自工作电极(we)的电流，并且可以提供指示或代表电化学传感器101的感测环境中的目标化学物质浓度的电压(vout)。代替接收第二参考信号，第一放大器102的非反相输入可以连接到第二放大器103的反相输入。这种连接将在第一放大器102处提供参考信号，其与由参考发生器104经由第二放大器103的输入之间的虚拟短路提供的参考信号(v零)相同。除了消除与可以被禁用的可选参考发生器105相关联的噪声之外，与第二放大器103相关联的噪声可以被第一放大器102感测并且可以被施加到第一校准电阻器(r负载)的两侧，因此不会从第二放大器103的噪声产生噪声电流。来自参考发生器104的噪声并不表现为信号噪声电流，因为它出现在工作电极(we)和参考电极(re)上。
图2示出了用于零偏置电化学传感器201的示例偏置电路200。偏置电路200可以包括第一放大器202、第二放大器203、参考发生器205以及第一和第二校准电阻器(r负载、rtia)。在某些例子中，偏置电路200可以包括用于如上所述的常规使用的可选参考发生器104。第一放大器202个可偏压反电极(ce)，可以接收来自参考电极(re)的反馈，并且可以从参考发生器205接收参考电压(v偏压)。第二放大器203可以从工作电极(we)接收电流，并且可以在电化学传感器201的感测环境中提供指示或代表目标化学物质浓度的电压(vout)。第二放大器203的非反相输入可以不接收第二参考信号连接到参考电极(re)。这样的连接可以在第二放大器203处提供参考信号，该参考信号与由参考发生器205经由第一放大器202的输入之间的虚拟短路提供的参考信号(v偏压)基本相同。除了消除与可以被禁用的可选参考发生器204相关联的噪声之外，与第一放大器202相关联的噪声可以被第二放大器203感测并且可以施加到第一校准电阻器(r负载)的两侧，因此不会由第一放大器202的噪声产生噪声电流。由于参考发生器105出现在工作电极(we)和参考电极(re)上，因此来自参考发生器105的噪声不会表现为信号噪声电流。
图3示出了具有多个输出(we1、we2)的零偏置电化学传感器301的示例偏置电路300。偏置电路300可以包括第一放大器302、第二放大器303、第三放大器313、参考发生器305以及包括与每个工作电极(we1、we2)相关联的负载电阻器(r负载1、r负载2)的多个校准电阻器(r负载1、rtia1、r负载2，rtia2)。在某些例子中，偏置电路300可以包括用于如上所述的常规使用的可选参考发生器304。第一放大器302可以偏置反电极(ce)，可以接收来自参考电极(re)的反馈并且可以接收来自参考发生器305的参考电压(v偏压)。第二放大器303可接收来自第一工作电极(we1)的电流，并可提供指示或代表电化学传感器301的感测环境中的第一目标化学物质浓度的第一电压(vout1)。第三放大器313可以从第二工作电极(we2)接收电流并且可以提供指示或代表电化学传感器301的感测环境中的第二目标化学物质的浓度的第二电压(vout2)。代替接收第二参考信号，第二放大器303和第三放大器313的非反相输入可以连接到参考电极(re)。这样的连接可以在第二放大器303和第三放大器313中的每一个处提供参考信号，该参考信号基本上与由参考发生器305经由第一放大器302的输入之间的虚拟短路提供的参考信号(v偏压)相同。除了消除与可以被禁用的可选参考发生器304相关联的噪声之外，与第一放大器302相关的噪声可以由第二放大器303和第三放大器313中的每一个来感测，并且可以被施加到每个负载电阻器(r负载1、r负载2)的两侧，因此，噪声电流不是由第一放大器302的噪声产生的。来自参考发生器305的噪声不会表现为信号噪声电流，因为它出现在工作电极(we)和参考电极(re)。
图4示出了用于具有多个输出(we1、we2)的电化学传感器401的示例偏置电路400。偏置电路400可以包括第一放大器402，第二放大器403，第三放大器413，第一参考发生器404，第二参考发生器405和包括与电化学传感器401的每个工作电极(we1、we2)相关联的负载电阻器(r负载1、r负载2)的多个校准电阻器(r负载1、rtia1、r负载2、rtia2)。第一放大器402可以偏置反电极(ce)，可以接收来自参考电极(re)的反馈并且可以接收来自第二参考发生器405的参考电压(v偏压)。
第二放大器403可以被配置用于非零偏移工作电极(we1)并且可以接收来自第一参考发生器404的参考信号(v零)。第二放大器403可以接收来自第一工作电极(we1)的电流以及可以提供指示或代表电化学传感器401的感测环境中的第一目标化学物质浓度的第一电压(vout1)。
第三放大器413可以接收来自第二工作电极(we2)的电流并且可以提供指示或代表电化学传感器401的感测环境中的第二目标化学物质的浓度的第二电压(vout2)。代替接收第二参考信号，第三放大器413的非反相输入可以连接到参考电极(re)。这样的连接可以在第三放大器413处提供参考信号，该参考信号基本上与由参考发生器405经由第一放大器402的输入之间的虚拟短路提供的参考信号(v偏压)相同。与第一放大器402相关的噪声可以由第三放大器413中的每一个来感测并且可以被施加到相应的负载电阻器(r负载2)的两侧，因此，噪声电流不是由第一放大器402的噪声产生。在某些例子中，校准电阻器(rtia1、rtia2)中的一个或多个可以与相应的第二放大器403或第三放大器413配合工作，以接收来自相应工作电极(we1、we2)的电流。
图5总体示出了示例偏置电路500，其可以在传感器的输出快速变化时保护电化学传感器01的中断。在某些例子中，偏置电路500可以包括第一放大器502、第二放大器503、第一参考发生器504、第二参考发生器505和多个校准电阻器(r负载、rtia)。在某些例子中，与电化学传感器501或系统的工作电流范围相比，电化学传感器501或包括电化学传感器501的系统的预期工作电流范围可以非常小。然而，即使预期的工作电流范围很小，在某些例子中，电化学传感器501可以感测条件并提供大大超过预期工作范围的电流。
当期望电化学传感器501提供小信号范围时，为第二放大器503(反馈晶体管(rtia))提供反馈的校准电阻器可以非常大，导致更多的增益、更多的输出范围，因此通过模数转换器(adc)进行转换以进行处理时具有更高的分辨率。当电化学传感器501提供比预期更大的信号时，在某些例子中，反馈晶体管(rtia)可以例如由偏置电路500的控制器编程或重新编程，以将输出信号保持在adc的输入范围。在某些例子中，与反馈晶体管(rtia)相关的重新编程信息可以传递给adc或相关的处理电路，以便adc提供指示由传感器(rtia)感测到的状况的适当缩放信息。在某些情况下，从小信号到大信号的变化可能比可以检测到变化情况，反馈电阻(rtia)编程以及传递给adc或相关电路的比例信息更快地发生。在这种情况下，第二放大器503可以是饱和的，使得第二放大器503的输出不再表示电化学传感器501感测到的状况，工作电极(we)的控制可以丢失，并且电化学传感器501的操作可能被破坏。在某些情况下，电化学传感器501的中断可以永久地改变电化学传感器501的操作或者可能损坏电化学传感器501。
图5的示例偏置电路500包括二极管网络520和与第二放大器503的输入和第二放大器503的输出之间的反馈晶体管(rtia)并联耦合的开关521。在某些例子中，在反馈电阻(rtia)较大并且开关521断开的情况下，传感器电流的快速增加会导致第二放大器503饱和，从而导致测量精度的损失和传感器501的偏置状况的中断。在某些情况下，当传感器501的偏置状态丢失时，传感器501的已知状态的恢复可能花费很长时间。
在某些例子中，当反馈电阻(rtia)较大并且开关521闭合时，偏置电路500可以进行操作，使得开关521和二极管网络520对第二放大器503的操作几乎没有影响(如果有的话)。然而，在传感器电流快速增加时，二极管网络520可以允许第二放大器503维持传感器501的正确偏置。在某些例子中，应该理解，即使二极管网络520处于激活状态，传感器电流的快速增加也会导致测量精度暂时丧失，直到系统有时间重新配置反馈电阻(rtia)。还应理解的是，在不脱离本主题的范围的情况下，也可以在图1-4的示例中采用二极管网络520和开关521。
图6大致示出用于改善用于电化学传感器的接口电路的噪声性能的示例方法600的流程图。在601处，接口电路的第一放大器可以向电化学传感器的反电极提供电压。在603处，接口电路的第二放大器可以从电化学传感器的工作电极接收传感器信息。在某些例子中，电化学传感器修改工作电极处提供的电流，以提供传感环境内材料浓度的表示。在605处，第二放大器可例如通过放大接收到的电流并将其转换为指示材料浓度的电压来提供材料浓度的指示。在607处，通过将第一放大器的输入端连接到第二放大器的输入端，可以衰减第一或第二放大器的噪声。
图7大致示出了用于在处理从电化学传感器接收的信号时提供动态增益调整的方法700的流程图。在701处，接口电路的第一放大器可以向电化学传感器的反电极提供电压。在703，接口电路的第二放大器可以从电化学传感器的工作电极接收传感器信息。在某些例子中，电化学传感器修改工作电极处提供的电流，以提供传感环境内材料浓度的表示。在705处，选择性地将第二放大器的反馈路径中的二极管网络耦合。在某些例子中，当从电化学传感器接收的信号电平很小时，通过使用第二个放大器的较高增益可以获得改进的传感分辨率。在第二放大器的输入和第二放大器的输出之间使用大的反馈电阻可以实现更高的增益。然而，如果第二个放大器的感测输入引起大的信号电平变化，那么使用更高的可以允许第二个放大器饱和。在707，二极管网络可以正向偏置以动态改变第二放大器的增益。二极管网络的正向偏置可以实现第二个放大器的自动和快速增益调整，这可以使放大器保持工作电极的电压控制，并防止电化学传感器的中断，尤其是在电化学传感器暴露于意外情况的时刻，该情况会导致第二个放大器饱和。
各种注释和例子
在方面1，用于电化学传感器的接口电路可包括：第一放大器，被配置为向所述电化学传感器的反电极提供电压；第二放大器，被配置为从所述电化学传感器的工作电极接收传感器信息并且使用所述传感器信息提供浓度信息。第一放大器的输入可直接耦合到所述第二放大器的输入，以衰减所述第一放大器或第二放大器在由所述第二放大器提供的浓度信息内的噪声。
在方面2，方面1所述的接口电路任选地包括：具有耦合到所述第一放大器的输入的输出的偏置发生器。
在方面3，方面1-2中任一项或多项所述的偏置发生器的输出任选地耦合到所述第一放大器的非反相输入。
在方面4，方面1-3中任一项或多项所述的第一放大器的反相输入任选地直接耦合到所述第二放大器的输入。
在方面5，方面1-4中任一项或多项所述的第一放大器的反相输入任选地直接耦合到所述第二放大器的非反相输入。
在方面6，方面1-5中任一项或多项所述的第一放大器的输入任选地被配置为耦合到所述电化学传感器的参考电极。
在方面7，方面1-6中任一项或多项所述的接口电路任选地包括被配置为调整所述第二放大器的增益的控制器
在方面8，方面1-7中任一项或多项所述的接口电路任选地包括：负载电阻，被配置为将所述电化学传感器的工作电极耦合到所述第二放大器的反相输入；和耦合在所述第二放大器的输出和所述第二放大器的反相输入之间的反馈电阻。
在方面9，方面1-8中任一项或多项所述的控制器任选地被配置为调整所述负载电阻或所述反馈电阻中的至少一个以调整所述第二放大器的增益。
在方面10，方面1-9中任一项或多项所述的接口电路任选地包括具有耦合到所述第二放大器的输入的输出的偏置发生器。
在方面11，方面1-10中任一项或多项所述的偏置发生器的输出任选地耦合到所述第二放大器的非反相输入。
在方面12，方面1-11中任一项或多项所述的第二放大器的反相输入任选地直接耦合到所述第一放大器的输入。
在方面13，方面1-12中任一项或多项所述的第二放大器的反相输入任选地直接耦合到所述第一放大器的非反相输入。
在方面14，方面1-13中任一项或多项所述的第二放大器的输入任选地被配置为耦合到所述电化学传感器的参考电极。
在方面15，方面1-14中任一项或多项所述的第二放大器的反馈路径任选地包括二极管网络，所述二极管网络被配置为动态调整所述第二放大器的增益。
在方面16，用于电化学传感器的接口电路可包括：第一放大器，具有被配置为耦合到电化学传感器的反电极的输出，所述第一放大器被配置为在第一输入处接收第一偏压并且在第二输入处接收来自所述电化学传感器的参考电极的信号；第二放大器，被配置为在第一输入处从所述电化学传感器的工作电极接收传感器信息，在第二输入处接收第二偏压并且在输出处提供浓度信息；被配置为将所述第二放大器的输出耦合到所述第一输入的反馈路径，其中所述反馈路径包括二极管网络；和其中所述二极管网络被配置为调整所述第二放大器的增益。
在方面17，方面1-16中任一项或多项所述的第一偏压任选地等于所述第二偏压。
在方面18，方面1-17中任一项或多项所述的第一放大器的第一输入任选地直接耦合到所述第二放大器的第一输入。
在方面19，方面1-18中任一项或多项所述的接口电路任选地包括具有直接耦合到所述第二放大器的第二输入的输出的偏置发生器。
在方面20，方面1-19中任一项或多项所述的接口电路任选地包括具有直接耦合到所述第一放大器的第一输入的输出的偏置发生器。
方面21可以包括或使用或可以可选地与方面1至20中的任何一个或多个中的任何部分或任何部分的组合相结合以包括或使用可包括用于执行方面1至20的方法中任何一个或多个功能，或者包括指令的机器可读介质，所述指令在由机器执行时使所述机器执行方面1至20的功能中的任何一个或多个。
这些非限制性示例中的每一个可以独立存在，或者可以以各种排列或与其他示例中的一个或多个的组合进行组合。
以上详细描述包括对形成详细描述的一部分的附图的参考。作为说明，附图示出了可以实践本发明的具体实施例。这些实施例在本文中也被称为“示例”。这样的示例可以包括除了所示出或描述的那些之外的元件。然而，本发明人还考虑了其中仅提供了所示或所述的那些元件的示例。此外，本发明人还考虑了使用所示出或描述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或置换的示例，或者关于特定示例(或其一个或多个方面)，或关于本文示出或描述的其他示例(或其一个或多个方面)
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