A three-electrode metal-oxide gas sensor has advantages of high thermal efficiency and convenience in manufacturing. However, it has disadvantages such as electrical connection between the sensing material and the heater, asymmetry issue, wide range of resistance variation, low gas selectivity and high humidity sensitivity. In this thesis, an interface IC and system for three-electrode metal oxide gas sensor are proposed to solve these issues. In order to design the system, the electrical model and the thermal model of the three-electrode sensor is firstly established where the system is designed based on these models. A method is proposed to control the heater and resistance simultaneously by using pulse-width modulation of the signal. An integrator for automatic mode conversion to handle wide resistance change is designed. In addition, the multi-channel interface IC is proposed in order to drive four three-electrode sensors and to interface a capacitance-type humidity sensor.
3-전극 금속산화물 기반 가스 센서는 높은 열효율 특성과 제조상의 편리함을 가지고 있는 장점이 있지만, 감지 물질과 히터의 전기적인 연결, 비대칭성, 넓은 저항 변화 범위, 낮은 가스 선택성, 습도 민감도 등의 단점도 존재한다. 본 논문에서는 이러한 이슈들을 해결하기 위해 3-전극 금속산화물 기반 가스 센서를 위한 인터페이스 IC 및 시스템을 제안한다. 3-전극 센서용 시스템 설계를 위하여, 먼저 3-전극 센서의 전기적인 모델과 열 모델을 세우고, 이를 바탕으로 시스템을 설계하였다. 펄스폭 변조 신호를 이용하여 히터의 제어와 저항 측정을 동시에 수행하는 방법을 제안하였고, 자동적으로 모드 변환이 가능한 적분기를 설계하여 넓은 저항 변화를 처리하였다. 또한 선택성 향상을 위하여 3-전극 센서를 4개까지 구동 가능한 인터페이스 IC 를 설계하였고, 추가적으로 커패시턴스 타입 습도센서까지 구동 가능한 시스템을 설계하고, 그 성능을 검증 하였다.
