數(shù)字溫度傳感器參數(shù)規(guī)范解讀
分辨率
數(shù)字溫度傳感器分辨率是描述傳感器可檢測溫度變化細(xì)微程度的指標(biāo)。集成于封裝芯片的溫度傳感器本身就是一種模擬傳感器。因此所有數(shù)字溫度傳感器均有一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(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(xì)微。
在產(chǎn)品說明書中,分辨率是采用位數(shù)和攝氏溫度值來表示的。當(dāng)采用位數(shù)來考慮分辨率時,必須多加注意,因為該值可能包括符號位,也可能不包括符號位。此外,該器件的內(nèi)部電路可能以不同于傳感器總體溫度范圍的值,來確定內(nèi)部ADC的滿量程范圍。以攝氏度來表示的分辨率是一種更直接分辨率值,采用該數(shù)值可進(jìn)行設(shè)計分析。
現(xiàn)有器件的分辨率從1℃到0.03125℃不等。NATIONal公司的LM75通常是一種9位溫度傳感器。關(guān)于前一點(diǎn),LM75的全工作范圍是-55~+125℃。因此您可能希望分辨率是0.352℃。實(shí)際上,該分辨率被規(guī)定為0.5℃。TI的TMP102通常是12位器件,其分辨率為0.0625℃。即使環(huán)境溫度發(fā)生微小變化其也會提醒微控制器采取相應(yīng)的措施。
功耗
大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計人員都非常關(guān)心系統(tǒng)的總功耗,電池供電系統(tǒng)尤為如此。對于這些應(yīng)用領(lǐng)域使用的數(shù)字溫度傳感器來說,規(guī)定功耗必須在整個系統(tǒng)功率預(yù)算以下?,F(xiàn)在市場上的許多數(shù)字溫度傳感器處于工作狀態(tài)時,僅消耗微安電流。市場上還有一些具有斷電引腳或斷電寄存器功能的其他器件。它們在斷電狀態(tài)下的耗電可能遠(yuǎn)不到1mA。因為系統(tǒng)監(jiān)控活動通常是非連續(xù)的,因此設(shè)計人員可充分利用“單觸發(fā)”模式的優(yōu)勢(該模式也是一些數(shù)字溫度傳感器的功能之一)。在“單觸發(fā)”模式中,該器件的上電時間剛好完成測量,接著隨即恢復(fù)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(shù)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(yùn)行狀態(tài)下的最大靜態(tài)電流指標(biāo)是490μA,但當(dāng)該器件進(jìn)入關(guān)機(jī)模式時,電流消耗通常降至12μA。TI的TMP102采用了“單觸發(fā)”模式,因此設(shè)計人員可輕松地使該器件處于斷電狀態(tài),其電流消耗通常低于1μA。即使處于工作狀態(tài)時,該器件也僅消耗10μA靜態(tài)電流。
考慮系統(tǒng)功耗時,另一個因素是數(shù)字溫度傳感器的電源電壓要求。大多數(shù)溫度傳感器的性能指標(biāo)要求的供電電壓范圍為2.7~5.5V。有幾款器件(如MAXIM公司的DS75LX)則專門適于低電壓應(yīng)用,其規(guī)范要求的電壓范圍是1.7V~3.7V。TMP102的性能要求電壓可低至1.4V。
接口
大多數(shù)數(shù)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,可用于與.件進(jìn)行通信的多種系統(tǒng)。它通常以400kb/s 的速度運(yùn)行,但如果采用有源終端電路,則可以 3.4Mb/s的速度運(yùn)行。該總線要求單線具有上拉電阻,這使材料清單成本增加很小。利用溫度傳感器器件上的引腳可將多個傳感器裝在同一條總線上。一些器件可在出廠時擁有不同的地址,便于通過一臺I2C主控制器來控制數(shù)個相同的器件。當(dāng)需要在系統(tǒng)內(nèi)若干個點(diǎn)進(jìn)行溫度測量時,其作用就顯現(xiàn)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,因此系統(tǒng)內(nèi)的每個器件都必須擁有與之相連的專門數(shù)字線路。來自主系統(tǒng)的這條專線路被稱作芯片選擇、芯片使能或從屬選擇,它支持主系統(tǒng)與每個器件進(jìn)行單獨(dú)通信。
市場上現(xiàn)有的幾款數(shù)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制了這種接口的應(yīng)用。Maxim公司的DS18B20就是一款利用“單線”接口的典型數(shù)字溫度傳感器。
封裝
數(shù)字溫度傳感器廠商提供了多種封裝選擇,以方便系統(tǒng)設(shè)計人員可隨時找到適于其系統(tǒng)空間限制的封裝。現(xiàn)有封裝類型從8引腳SOIC到芯片級封裝(CSP)。當(dāng)尺寸限制不是系統(tǒng)設(shè)計的主要因素時,較大封裝當(dāng)然是合適的。CSP 更適于空間有限的應(yīng)用(如手機(jī)),但在生產(chǎn)方面可能存在困難。新上市的器件為采用SOT563封裝的器件系列(如TMP102)。它們在實(shí)際尺寸方面和CSP相似,甚至高度或Z尺寸方面也很相似。但因其是封裝的有引線器件,因此它們在生產(chǎn)環(huán)境中更穩(wěn)健。
結(jié)論
在規(guī)定限值內(nèi)運(yùn)行單個組件是先進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計的部分要求。要使高度集成的先進(jìn)系統(tǒng)始終保持最佳運(yùn)行需要進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控。具體來說,監(jiān)控并維持最佳系統(tǒng)溫度將決定系統(tǒng)是否能保持穩(wěn)定。系統(tǒng)臨界溫度測量首先從選擇正確的數(shù)字溫度傳感器開始。只要從精度、分辨率、功耗、接口和封裝要求考慮,大多數(shù)應(yīng)用均可找到合適的數(shù)字溫度傳感器。
評論