汽車傳感器的種類介紹

金屬1和金屬2之間的結(jié)為主熱電偶結(jié)。金屬1和金屬2與測(cè)量裝置銅線或印制板(PCB)引線的接觸位置形成了額外的熱電偶。

除圖5所示所有元件外，Maxim還提供用于K型熱電偶信號(hào)調(diào)理的器件MAX6*。這些器件簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)任務(wù)，并顯著降低對(duì)熱電偶輸出放大、冷端補(bǔ)償及數(shù)字化處理的元件數(shù)量。

圖5 熱電偶信號(hào)調(diào)理電路示例

溫度傳感器IC

溫度傳感器IC充分利用了硅PN結(jié)所具備的線性度和預(yù)知的溫度特性等優(yōu)勢(shì)。由于這些IC都是采用常規(guī)半導(dǎo)體工藝制成的有源電路，可提供各種外形封裝。這些器件具備許多功能，例如：數(shù)字接口、ADC輸入、風(fēng)扇控制等，這是其它技術(shù)無法提供的。溫度傳感器IC的工作溫度范圍可低至-55°C、高達(dá)+125°C，部分產(chǎn)品的溫度上限可以達(dá)到+150°C左右。以下介紹了常見的溫度傳感器IC。

模擬溫度傳感器

模擬溫度傳感器IC將溫度轉(zhuǎn)換成電壓，有些情況下則轉(zhuǎn)換成電流。最簡(jiǎn)單的電壓輸出模擬溫度傳感器只有三個(gè)有效端：地、電源輸入和信號(hào)輸出。其它具有增強(qiáng)功能的模擬傳感器提供更多的輸入或輸出，例如比較器或電壓基準(zhǔn)輸出。

模擬溫度傳感器利用雙極型晶體管的溫度特性產(chǎn)生與溫度成比例的輸出電壓。對(duì)這一電壓信號(hào)進(jìn)行放大并施加一定的偏置，可以使傳感器輸出電壓與管芯溫度形成適當(dāng)?shù)淖兓P(guān)系，獲得較高的溫度測(cè)量精度。例如，DS600業(yè)內(nèi)精度最高的模擬溫度傳感器，在-20°C至+100°C溫度范圍內(nèi)保證誤差小于±0.5°C。

本地?cái)?shù)字溫度傳感器

將模擬溫度傳感器與ADC集成在一起即可形成直接輸出數(shù)字信號(hào)的溫度傳感器。這種器件通常稱為數(shù)字溫度傳感器或本地?cái)?shù)字溫度傳感器?！氨镜亍北硎緜鞲衅鳒y(cè)量的是自身溫度。這種工作方式相對(duì)于遠(yuǎn)端傳感器，后者用于測(cè)量外部IC或分立晶體管的溫度。

基本的數(shù)字溫度傳感器只是簡(jiǎn)單地測(cè)量溫度，溫度數(shù)據(jù)通過各種特定接口讀取，接口類型包括：1-Wire?、I?C、PWM 和3線。復(fù)雜的數(shù)字傳感器具備更多功能，例如：高溫/低溫報(bào)警輸出、設(shè)置觸發(fā)門限的寄存器及EEPROM等。Maxim提供多款本地?cái)?shù)字溫度傳感器，包括DS7505和DS18B20，能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保證±0.5°C的精度。

遠(yuǎn)端數(shù)字溫度傳感器

遠(yuǎn)端數(shù)字溫度傳感器又稱為遠(yuǎn)端傳感器或二極管溫度傳感器。遠(yuǎn)端傳感器用于測(cè)量外部晶體管的溫度，可以采用分立晶體管，也可以采用集成在另一IC內(nèi)部的晶體管，如圖4所示。微處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA）及ASIC往往包含一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器，通常稱為溫度二極管，與圖6所示類似。

圖6 利用遠(yuǎn)端溫度傳感器MAX 6642監(jiān)測(cè)外部IC管芯的晶體管(或溫度二極管)溫度

遠(yuǎn)端溫度傳感器具有一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)：可以利用單片IC監(jiān)測(cè)多點(diǎn)溫度。一個(gè)基本的單芯片遠(yuǎn)端傳感器，例如，圖4中的MAX 6642，可以監(jiān)測(cè)兩個(gè)溫度：自身溫度和外部溫度。外部位置可以是目標(biāo)IC的管芯，如圖4所示，也可以是被監(jiān)測(cè)電路板的某個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)(采用分立式晶體管)。有些遠(yuǎn)端傳感器可以監(jiān)測(cè)最多7個(gè)位置的外部溫度。這樣的話，包括IC和電路板的溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)在內(nèi)，單芯片能夠監(jiān)測(cè)多達(dá)8個(gè)位置。以MAX6602 為例，該溫度傳感器具有4路遠(yuǎn)端二極管輸入，能夠監(jiān)測(cè)1對(duì)集成溫度二極管的FPGA、2個(gè)電路板的溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)(采用分立晶體管)以及MAX6602所在位置的電路板溫度。MAX6602和MAX 6642 在測(cè)量外部溫度二極管時(shí)都能達(dá)到±1°C的精度。

電流、光信號(hào)及接近檢測(cè)

概述

電流檢測(cè)對(duì)于很多應(yīng)用都十分關(guān)鍵，有兩種常見的測(cè)量方法。

1.一種方法通常用于大電流檢測(cè)，往往用來監(jiān)測(cè)電源。典型應(yīng)用包括：短路檢測(cè)、瞬態(tài)檢測(cè)以及電池反接檢測(cè)。

2.電流檢測(cè)還用于那些需要檢測(cè)弱電流(低至微安級(jí))的系統(tǒng)，例如：光照下能夠產(chǎn)生極小電流的光敏二極管。典型應(yīng)用包括環(huán)境光檢測(cè)、接近檢測(cè)以及基于光吸收/發(fā)射的化學(xué)過程監(jiān)測(cè)。

這些電流檢測(cè)技術(shù)都使用了電流檢測(cè)放大器(具有多種配置)或互阻放大器(TIA)。以下分別討論各種類型的電流檢測(cè)放大器。

采用電流檢測(cè)放大器檢測(cè)電流

測(cè)量電流的技術(shù)有多種，但截至目前為止，最常見的是利用檢流電阻進(jìn)行測(cè)量。這種方法的基本原理是利用基于運(yùn)放的差分增益級(jí)對(duì)檢流電阻兩端的電壓進(jìn)行放大，然后測(cè)量放大后的電壓。雖然可以利用分立元件搭建放大電路，但集成電流檢測(cè)放大器相對(duì)于分立設(shè)計(jì)具有明顯優(yōu)勢(shì)：極小的溫漂、占用極小的印制板(PCB)面積，而且能夠處理較寬的共模范圍。

多數(shù)電流檢測(cè)設(shè)計(jì)采用低邊或高邊檢測(cè)。在低邊檢測(cè)中，檢流電阻與地通路相串聯(lián)。電路只需處理較低的輸入共模電壓，輸出電壓以地為參考。但是，低邊檢流電阻在接地通路增加了所不希望的電阻。高邊檢測(cè)中，檢流電阻與正電源電壓相串聯(lián)。此時(shí)負(fù)載的一端接地，但高邊電阻必須承受相對(duì)較大的共模信號(hào)。

圖7 電流檢測(cè)信號(hào)鏈路框圖

Maxim的高邊電流檢測(cè)放大器把檢流電阻連接到電源的正端和被監(jiān)測(cè)電路的電源輸入之間。這種設(shè)計(jì)避免了接地通道的外接電阻，大大簡(jiǎn)化電路布局，有助于改善電路的總體性能。Maxim提供的單向和雙電流檢測(cè)IC有些帶有內(nèi)部檢流電阻，有些采用外部檢流電阻。

利用互阻放大器(TIA)檢測(cè)光信號(hào)

第二種常見的電流測(cè)量技術(shù)是利用具有極低輸入偏置電流的運(yùn)算放大器，例如TIA，它將電流輸入轉(zhuǎn)換成電壓輸出。這種方法適用于電流非常小、波動(dòng)較大的應(yīng)用，例如光檢測(cè)應(yīng)用中光敏二極管產(chǎn)生的信號(hào)。

一個(gè)簡(jiǎn)單的光敏二極管就是一個(gè)非常準(zhǔn)確的光檢測(cè)傳感器。光檢測(cè)可以用于從基于太陽能的電源管理到精密的工業(yè)過程控制等多種不同應(yīng)用。由于給定環(huán)境下，光強(qiáng)的變化范圍很大(例如從20klx到100klx)，寬動(dòng)態(tài)范圍成為光信號(hào)檢測(cè)的一項(xiàng)關(guān)鍵要求。MAX9635等集成方案在器件內(nèi)部集成了一個(gè)光敏二極管、放大器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，動(dòng)態(tài)范圍為0.03lx至130,000lx。

利用光敏二極管進(jìn)行接近檢測(cè)

接近檢測(cè)的方案有多種，光敏二極管相對(duì)而言能夠提供較高的精度，功耗也更低。光敏二極管受到光照時(shí)，將產(chǎn)生與光強(qiáng)成正比的電流。低輸入噪聲、寬帶緩沖器將該電流傳遞給系統(tǒng)的其它部分?？梢赃x用低輸入噪聲放大器，例如MAX9945，提供精確的測(cè)量結(jié)果。

傳感器通信接口

傳感器通過模擬或數(shù)字技術(shù)傳輸檢測(cè)信息。模擬技術(shù)基于電壓或電流環(huán)；數(shù)字信息則通過CAN 及其它數(shù)據(jù)接口傳輸。

二進(jìn)制傳感器僅傳輸比特流。通常情況下，被測(cè)對(duì)象的“有”、“無”利用邏輯電平表示并進(jìn)行傳輸。此外，當(dāng)一個(gè)對(duì)象(例如閥門中的活塞)達(dá)到預(yù)定的臨界點(diǎn)時(shí)，傳感器能夠檢測(cè)到這一信息，然后通過二進(jìn)制接口將信息傳遞給可編程邏輯控制器(PLC)系統(tǒng)。

由于工業(yè)環(huán)境條件惡劣，傳感器接口必須高度可靠，能夠承受各種誤操作和EMI 。