集成型溫度傳感器解決散熱難題

精確度

任何溫度傳感器電路中最重要的測量參數(shù)之一是總體電路的精確度(或誤差)。在設(shè)計分立電路解決方案時，各元件的誤差會累加得出測量值的最大總誤差。例如，分立熱敏電阻電路(圖1)中的VTEMP模擬溫度輸出端將同時受到熱敏電阻和電阻器RBIAS的精確度影響。TOVER數(shù)字警報的精確度不僅受到VTEMP的精確度影響，還受到比較器、反饋電阻器和磁滯電阻器的固有誤差影響。例如，如果使用此電路控制大型HVAC系統(tǒng)，這些誤差可能引起大型系統(tǒng)在不需要工作時繼續(xù)運轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生過多的功率。

LM57完全集成(圖3)，所有組成部分的輸入輸出都包含在LM57的校對流程中，因此不會產(chǎn)生以上所提到的誤差源。同時，系統(tǒng)設(shè)計員不需要累加各組成元件的誤差，從而得出總誤差。LM57能保證VTEMP模擬輸出的最大誤差為±0.7℃，TOVER警報輸出的最大誤差為±1.5℃。

圖3：LM57集成模擬溫度傳感器和溫度開關(guān)的功能框圖。

NTC電路的另一個誤差源是VTRIP的誤差。最大程度降低這一誤差的一種途徑是使用高精度參考端。但是，比較器的輸入端會收集到來自參考端的噪聲。比較器的跳脫點會隨著噪聲產(chǎn)生的信號電平的變化而不同。LM57采用一種專利技術(shù)從而解決了這個問題。用戶可以通過選擇兩個電阻器RSENSE1和RSENSE2的值設(shè)置VTRIP的值。LM57使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器確定跳脫電壓范圍。只要感應(yīng)線路中電壓在指定范圍內(nèi)，跳脫溫度就不會產(chǎn)生變化。這表示LM57感應(yīng)輸入不會受到輸入端適量噪聲的影響。這還意味著只要電阻器的容差在1%或更低，各電阻器的跳脫點就不會變化。

線性度和轉(zhuǎn)換噪聲

在傳感器測量中獲得最大的精確度需要注意量化噪聲誤差，這是由模擬信號向二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的誤差。模擬信號經(jīng)過數(shù)字化，得出的是一個接近實際測得模擬值的數(shù)字值。數(shù)字測量的最小增量(LSB)是將模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓除以模數(shù)轉(zhuǎn)換器的可數(shù)代碼數(shù)得出的電壓。例如，使用2.56V參考電壓的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的LSB值為2.56V ÷ 28 = 10mV。測得的模擬值和數(shù)字值之間的任何差值將稱為轉(zhuǎn)換中的誤差，這被稱為轉(zhuǎn)換噪聲或轉(zhuǎn)換誤差。例如，如果嘗試采集1.384V信號，此信號經(jīng)數(shù)字化獲得接近10mV的值，假設(shè)達到1.380V，則采樣值具有4mV的轉(zhuǎn)換噪聲值。如需了解更詳盡的轉(zhuǎn)換噪聲討論，請參見National.com網(wǎng)站上的《淺談模數(shù)轉(zhuǎn)換器》(The ABCs of ADCs)一文。

那么，此噪聲在溫度誤差中意味著什么?答案取決于傳感器輸出的增益。傳感器的增益幅度越大，就越少受到噪聲的影響——傳感器增益越高，量化噪聲產(chǎn)生的誤差越小。如圖4所示，可以看到在跳脫溫度設(shè)為100℃時，LM57的VTEMP模擬輸出與-10.4mV/℃典型增益值呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系(實際上，LM57具有4種可能的增益，這取決于選擇的跳脫點值，但是本例中我們選擇100℃)。這表示每毫伏噪聲對溫度的影響為0.097℃/mV。同樣在100℃的溫度下，熱敏電阻輸出端的1mV噪聲將產(chǎn)生1.7℃的誤差(本模擬試驗中使用NCP15XH103熱敏電阻和6.2kΩ偏壓電阻器)。

圖4：LM57和NTC熱敏電阻(Murata NCP15XH103F)的噪聲靈敏度比較。