【doc】温度传感器的选择策略
温度传感器的选择策略
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温度传感器的选择策略
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口度传感技术被广泛应用于消费类电子产品,玩能获得更准确的读数. 'o点上的争论取决于它的在小范删量
的温度传感元件,而IC温度传感器的厂商也在同样的应温度,例如体温计,热敏电阻具备输出微调能力,配合精
用领域中推出了IC传感器.本文通过对美国国家半导体确的外加线路,可以得到精确的读数.由于安装在电路板
的一系列IC温度传感器的介绍和相对的热敏电阻性能测上受到的限制,IC温度传感器可能因无法直接碰触测量
试的比较,为选择温度传感产品的设计人员提供了指导.物,精度会有所影响.但是如果在一个允许在电路板上测
量温度,而且范围较大的应用领域时,IC温度传感器比
热敏电阻的传统优势热敏电阻更精确.
价格另一方面,使用热敏电阻时为了达到一致的精度,需
毫无疑问,在大多数情况下,就单个组件进行比较,要对每批热敏电阻或每颗热敏电阻进行调校.然而IC温
热敏电阻的价格低于IC温度传感器.但为了将热敏电阻度传感器在出厂时即完成测试,保持了系统生产时的稳
的阻值转换成电压值,需要一个精度为1%的上拉电阻,定性. 以便获得准确的读数.如果需要以数字方式读出热敏电
阻的值,必须再加用带有不同接口(如I2C或SPI)ffg~温度读取误差的来源 转换器(ADc).对于模拟输出的IC温度传感器,单独一读取网络和功耗 颗芯片即可读出电压值,不需外加器件.而对于需要数字热敏电阻是一个电阻随着温度变化的器件.通常设
化的设计来说,我们能很容易的找到具备不同输出接口
的单芯片数字IC温度传感器.以整体系统价格来说,IC
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温度传感器并不一定较高.
另一方面,随着工艺的改进,美国国家半导体最近
宣布了全球最低成本的模拟温度传感~LM19,其价格可
与热敏电阻相媲美.
LM20U各种各样的封装墓LJ如果就传感器无法安装在电路板上的情况而论, 热罨_L
敏电阻具有优势,但仅限于这种情况.如果传感器需要安:. 装在电路板上,则没有差别,甚至当采用具有良好导热性图i将电阻变化转化成电图2LM2oIC温度传感器
能的LLP封装的IC温度传感器,如LM20或LM74时,则压变化的电阻网络 ……0……一'一一一一一
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个网络的线性度和功耗.
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\与热敏电阻相比较,Ic温度传感器更易于使用.Ic45 \
—4\_温度传感器中有三个引脚,分别是Vcc,GND~lVout.一 >/.hermlstor
一35般而言,Vout与温度呈线性关系,而CMOS工艺能最大\ 3L^l二O\程度地降低功耗.再者,Ic温度传感器一般都可承受一>2552
\/鲁2LdII定范围的Vcc变化而不影响输出值.(例如图2的LM203 ',\\I.
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15可稳定地在2.4V至5.5V的Vcc下工作),>?一..??' 1
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如读取网络中所示,线性度是造成温度读取误差的 .5025o2550751oo125
Temperature(.C)
另一个因素,特别是当温度读数的范围较宽时.因而热敏 图3热敏电阻sIC温度传感器的输出电压一电阻在完成数字化过程后总是需要一
个查阅
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
,或增加一
些模拟电路,以对线性度进行补偿,这再次增加了成本.温度曲线图 Ic温度传感器以线性方式指示温度,而且不需要进
……一一一
ADCResorutio"行线性度补偿.
目宕图3是热敏电阻与Ic温度传感器响应性能的示例.十r
蚰星
l'数字化误差
为了读出数字世界中的温度值,我们需要用模数转,
换器将模拟输出转换为数字量.在这一过程中,模数转换-
1=:曼器的线性误差,量化误差,偏移误差,PSRR误差与温度的关系也将造成整体系统的温度读取误差.因此,如果设计人员认为最终系统的全部参数和误275.5?差都依赖于多个因素,那么设计工作将大为复杂.我们可
图4各种误差s温度的关系图能还需要在生产现场进行系统校准. 33V士1O%2.5V4-1%
3.3V士1O%
Ic数字温度传感器将传感器和数字化功能集成在一
llI块芯片内.这种芯片的数字输出级在最后出厂前都经过
ll''1I测试,以排除一切误差来源.整块芯片的精度得到了保
V+VREF口V+,,REF证,因而非常容易即行采用.例如,LM92的技术规格为厂 f2oI30"C时的精度为0.33~C.这时,你可以立即从I2C总线获,lLh .
ADCl审ADC得准确的数字读数而无须校准!热敏电阻与LM20的对比实验 图5IC温度传感器LM20s热敏电阻性能比较的设置
实验电路为比较热敏电阻和Ic温度传感器LM20的性能,特
别行了一师立两者的{詈尽可能前牵Il相同.以佰讲
计人员需要建立一个电阻网络以把电阻变化转化成电压行直接比较.实验电路如图5所示.
变化.LM20是美国国家半导体公司推出的一款新型模拟温
如图1所示,位于上部的电阻是读取数据的第一个误度传感器,采用SC一
70~Micro—sMD封装,体积小巧,尤
差来源.如果你想读取一个准确的结果,那幺,上部电阻其适用于手机.另外,采用
TO一92封装的LM19也具有相
的精度必须不低干1%.同样,上部电阻的阻值将影响整同的性能.在此使用的热敏
电阻是MurataNTH5G10P/
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设计方案//
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热敏电阻的非线性及功耗
首先,我们需要确定热敏电阻设置中的上拉电阻.如 前所述,电阻值的选取可能产生不同的线性度和功耗.下 面是选取阻值分别为4.7KQ和97.6KQ时的结果: 如图6所示,在97.6KQ的上拉电阻下,我们可以观 测到严重的非线性情况.而且温度较高范围内斜率的下 降将降低ADC的分辨率.微小的电压变化即代表大幅度 的温度差异而无从观察.
如图7所示,随着上拉电阻减至4.7千欧,热敏电阻 设置确实产生了较好的线性度,但同时也增大了功耗.功 耗的增加导致热敏电阻网络的自热,从而引入了读取误 差.而且系统连续使用时间越长,自热效应造成的误差将 越严重.
迄今为止,设计中出现的热敏电阻的非线性与自热 问题仍不能同时得到解决.但用Ic温度传感器就能真正 地同时获得高线性度与低自热的性能.
实验结果
在这些设置条件下,热敏电阻与Ic温度传感器的特 性图如图8所示.
从图中可以明显地看出:在较低温度范围内,两种 设置都具有大致相同的误差,甚至热敏电阻的读数精度 更高一些.但在50~C以上的较高温度范围内,热敏电阻 的读数精度降低,温度越高,精度越低.
在大多数情况下,温度读数被用于温度过高时的系 统保护,这时热敏电阻发出假警报的机会将会大增. 另一方面,你可以看到,Ic温度传感器消耗的电流 仅相当于热敏电阻的三分之一!(10uAVS.30uA)
如何作出正确的选择
根据以上结果,下面提供了一些判断准则以供设计 人员正确地选择Ic温度传感器:
当测量的温度范围较广时;
当系统的总成本非常重要时;
当设计时间必须最短时;
当空间非常宝贵时;
当需要较低的供电电流时.
热敏电阻的选用准则为:
系统精度不很重要时.
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图6上拉电阻为97.6K.Q时,输出电压一 温度曲线图
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图8热敏电阻与IC温度传感器的特性曲线图 感测元件必须远离PCB时;
系统无需外加器件来读取温度值时.一
2002.4.B重号应品._|幂www.edw.com.cn?5a