360°詳解數字溫度傳感器
發布時間:2012-11-28 責任編輯:easonxu
【導讀】為實現最佳性能並確保係統穩健性,就必須要進行係統監控測量。其中一個必須的典型測量項目就是環境溫度。使用簡單的數字溫度傳感器進行該測量將為係統設計人員提供如下保證:組件正常工作;係統處於性能或校準限值範圍內;不會使用戶遇到危險。
測量結束後,通常由係統中的微控製器對環境溫度進行相應調整。係統監控微控製器可以改變風扇速度、關(guan)閉(bi)非(fei)必(bi)要(yao)係(xi)統(tong)進(jin)程(cheng)或(huo)使(shi)係(xi)統(tong)智(zhi)能(neng)進(jin)入(ru)省(sheng)電(dian)模(mo)式(shi)。係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)需(xu)全(quan)麵(mian)正(zheng)確(que)地(di)了(le)解(jie)數(shu)字(zi)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)規(gui)範(fan)以(yi)設(she)計(ji)係(xi)統(tong),並(bing)就(jiu)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)采(cai)取(qu)最(zui)佳(jia)措(cuo)施(shi)。另(ling)外(wai),全(quan)麵(mian)了(le)解(jie)傳(chuan)感(gan)器(qi)規(gui)範(fan)將(jiang)確(que)保(bao)在(zai)選(xuan)擇(ze)數(shu)字(zi)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)器(qi)件(jian)時(shi),可(ke)做(zuo)到(dao)權(quan)衡(heng)得(de)當(dang)。
當選擇數字溫度傳感器(也稱作串行輸出溫度傳感器)時,應考慮的主要規範包括精度、分辨率、功耗、接口和封裝。

圖1:數字溫度傳感器總體結構圖
精度
shuziwenduchuanganqijingdubiaoshichuanganqidushuhexitongshijiwenduzhijiandewucha。zaichanpinshuomingshuzhong,jingduzhibiaohewendufanweixiangduiying。tongchangzhenduibutongwendufanwei,youshugezuigaojingduzhibiao。duiyu –25C~100C 溫度範圍來說,2C 精度是很常見的。Analog Device 公司的 ADT75、Maxim 公司的 DS75、National 公司的 LM75 以及 TI 的TMP75 均具有這種精度節點。但是,還有更高精度的器件。例如,TI 的TMP275 在 20C~100C 溫度範圍內的精度為 0.5C。

圖2:TMP275 溫度誤差與溫度對應關係的典型性能曲線圖
suiranwendujingduzhibiaoshifeichangzhongyaode,ranerduixitongjiankongyingyonglaishuo,tabingfeiyidingshizuiweiguanjiandeyinsu。zhexieyingyonggengzhongshijiancewendubianhua,erbushiquedingwendujueduizhi。
分辨率
數shu字zi溫wen度du傳chuan感gan器qi分fen辨bian率lv是shi描miao述shu傳chuan感gan器qi可ke檢jian測ce溫wen度du變bian化hua細xi微wei程cheng度du的de指zhi標biao。集ji成cheng於yu封feng裝zhuang芯xin片pian的de溫wen度du傳chuan感gan器qi本ben身shen就jiu是shi一yi種zhong模mo擬ni傳chuan感gan器qi。因yin此ci所suo有you數shu字zi溫wen度du傳chuan感gan器qi均jun有you一yi個ge模mo數shu轉zhuan換huan器qi (ADC)。ADC 分辨率將決定器件的總體分辨率。分辨率越高,可檢測到的溫度變化就越細微。
zaichanpinshuomingshuzhong,fenbianlvshicaiyongweishuhesheshiwenduzhilaibiaoshide。dangcaiyongweishulaikaolvfenbianlvshi,bixuduojiazhuyi,yinweigaizhikenengbaokuofuhaowei,yekenengbubaokuofuhaowei。ciwai,gaiqijiandeneibudianlukenengyibutongyuchuanganqizongtiwendufanweidezhi,laiquedingneibu ADC 的滿量程範圍。以攝氏度 (C) 來表示的分辨率是一種更直接分辨率值,采用該數值可進行設計分析。
現有器件的分辨率從1C 到 0.03125C 不等。National 公司的 LM75 通常是一種 9 位溫度傳感器。關於前一點,LM75 的全工作範圍是–55C~125C。因此您可能希望分辨率是 125– (–55)/2^9 或 0.352C。實際上,該分辨率被規定為 0.5C。TI 的TMP102 通常是 12 位器件,其分辨率為0.0625C。即使環境溫度發生微小變化其也會提醒微控製器采取相應的措施。
功耗
daduoshuxitongshejirenyuandoufeichangguanxinxitongdezonggonghao,dianchigongdianxitongyouweiruci。duiyuzhexieyingyonglingyushiyongdeshuziwenduchuanganqilaishuo,guidinggonghaobixuzaizhenggexitonggonglvyusuanyixia。xianzaishichangshangdexuduoshuziwenduchuanganqichuyugongzuozhuangtaishi,jinxiaohaoweiandianliu。shichangshanghaiyouyixiejuyouduandianyinjiaohuoduandianjicunqigongnengdeqitaqijian。tamenzaiduandianzhuangtaixiadehaodiankenengyuanbudaoyihaoan。yinweixitongjiankonghuodongtongchangshifeilianxude,yincishejirenyuankechongfenliyong“單觸發”模式的優勢(該模式也是一些數字溫度傳感器的功能之一)。在“單觸發”模式中,該器件的上電時間剛好完成測量,接著隨即恢複斷電模式。利用這種功能,時間平均耗電量可降至最低。
National 公司的 LM70 數字溫度傳感器就是一款采用斷電寄存器的中等低功耗器件。運行狀態下的最大靜態電流指標是 490A。但當該器件進入關機模式時,電流消耗通常降至 12A。TI 的 TMP102 采用了“單觸發”模式,因此設計人員可輕鬆地使該器件處於斷電狀態,其電流消耗通常低於 1A。即使處於工作狀態時,該器件也僅消耗 10A 靜態電流。
考慮係統功耗時,另一個因素是數字溫度傳感器的電源電壓要求。大多數溫度傳感器的性能指標要求的供電電壓範圍為 2.7V~5.5V。有幾款器件(如 Maxim 公司的 DS75LX)則專門適於低電壓應用。其規範要求的電壓範圍是 1.7V~3.7V。TMP102的性能要求電壓可低至 1.4V。
接口
大多數數字溫度傳感器都具有下列兩種接口中的一種:I2C 或 SPI。I2C 接口是一種兩線總線,可用於與監控器件進行通信的多種係統。它通常以 400kbps 的速度運行,但如果采用有源終端電路,則可以 3.4Mbps desuduyunxing。gaizongxianyaoqiudanxianjuyoushangladianzu,zheshicailiaoqingdanchengbenzengjiahenxiao。liyongwenduchuanganqiqijianshangdeyinjiaokejiangduogechuanganqizhuangzaitongyitiaozongxianshang。yixieqijiankezaichuchangshiyongyoubutongdedizhi,bianyutongguoyitai I2C 主控製器來控製數個相同的器件。當需要在係統內若幹個點進行溫度測量時,其作用就顯現出來了。
SPI 是一種三線或四線接口,具體情況視器件間需要單向通信還是雙向通信而定。SPI 不支持器件尋址,因此係統內的每個器件都必須擁有與之相連的專門數字線路。來自主係統的這條專線路被稱作芯片選擇、芯片使能或從屬選擇,它支持主係統與每個器件進行單獨通信。
市場上現有的幾款數字溫度傳感器采用單線接口。這種由 Maxim 公司最早推出的接口通常被稱作“單線”接口。器件、溫度傳感器等使用局限性限製了這種接口的應用。Maxim 公司的 DS18B20 就是一款利用“單線”接口的典型數字溫度傳感器。
封裝
數字溫度傳感器廠商提供了多種封裝選擇,以方便係統設計人員可隨時找到適於其係統空間限製的封裝。現有封裝類型從 8 引腳 SOIC 到芯片級封裝 (CSP)。當尺寸限製不是係統設計的主要因素時,較大封裝當然是合適的。CSP 更適於空間有限的應用(如手機),但在生產方麵可能存在困難。新上市的器件為采用 SOT563 封裝的器件係列(如 TMP102)。它們在實際尺寸方麵和 CSP 相似,甚至高度或 Z 尺寸方麵也很相似。但因其是封裝的有引線器件,因此它們在生產環境中更穩健。
zaiguidingxianzhineiyunxingdangezujianshixianjinxitongshejidebufenyaoqiu。yaoshigaodujichengdexianjinxitongshizhongbaochizuijiayunxingxuyaojinxingxitongjiankong。jutilaishuo,jiankongbingweichizuijiaxitongwendujiangjuedingxitongshifounengbaochiwending。xitonglinjiewenduceliangshouxiancongxuanzezhengquedeshuziwenduchuanganqikaishi。zhiyaocongjingdu、分辨率、功耗、接口和封裝要求考慮,大多數應用均可找到合適的數字溫度傳感器。
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