關于數(shù)字溫度傳感器的一些解答

　　摘要：溫度檢測是無處不在的。溫度傳感器在環(huán)境和過程控制以及測試測量和通信中有著傳統(tǒng)而廣泛的應用。除此之外，溫度傳感器還用于消費類應用、汽車應用以及從MRI成像儀到便攜式超聲掃描儀的醫(yī)療產(chǎn)品應用。本文主要介紹了關于數(shù)字溫度傳感器的一些解答，供參考。
　　
　　1、哪些常見應用使用溫度測量？
　　
　　溫度檢測是無處不在的。溫度傳感器在環(huán)境和過程控制以及測試測量和通信中有著傳統(tǒng)而廣泛的應用。除此之外，溫度傳感器還用于消費類應用、汽車應用以及從MRI成像儀到便攜式超聲掃描儀的醫(yī)療產(chǎn)品應用。
　　
　　在新一代的通信應用中，從各種尺寸的基站到手機，溫度傳感器也普遍存在。在汽車發(fā)動機和傳動系統(tǒng)中，也可以找到溫度傳感器的身影，因為這些應用中的控制器會基于溫度來調節(jié)工作參數(shù)。此外，在大規(guī)模高速處理器和FPGA的電路板上，也使用了溫度傳感器。
　　
　　2、哪類器件可用于溫度感測？它們是如何工作的？
　　
　　溫度傳感器目前分為傳統(tǒng)溫度傳感器和基于硅的溫度傳感器。傳統(tǒng)溫度傳感器包括熱敏電阻、電阻溫度檢測器（RTD）和熱電偶。這些器件是模擬器件，因此在將它們用于數(shù)字控制回路之前，必須將它們的輸出數(shù)字化。
　　
　　熱敏電阻通常由陶瓷或聚合物制成，而RTD由金屬制成。RTD的工作溫度范圍大于熱敏電阻的工作溫度范圍。由于熱敏電阻和RTD是純阻性的，因此它們需要外部電壓源。
　　
　　與上述情況相反，熱電偶使用不同的金屬結合而成，輸出電壓與溫度差值成正比，而并非與其周圍環(huán)境的溫度成正比。
　　
　　溫度傳感器沒有必要一定是模擬器件?；诠璧臏囟葌鞲衅髂軌蜉敵銎錅y量溫度所代表的數(shù)字量。相比于需要外部信號調理電路和模數(shù)轉換器（ADC）的方法，這種方案簡化了控制系統(tǒng)的設計。
　　
　　3、硅溫度傳感器是如何工作的？
　　
　　某些硅溫度傳感器的工作原理是：
　　
　　當兩個相同的晶體管在集電極電流密度比恒定的情況下工作時，它們的基極-發(fā)射極電壓差僅與溫度成正比。其他的溫度傳感器則基于采用二極管接法的晶體管的基極-發(fā)射極電壓VBE的行為，此VBE隨著溫度反向變化，這個變化速率非常恒定，為-2mV/℃，但是對于不同的晶體管，VBE變化的值也不同。為了補償這種變化，可以在不同的IE值下比較ΔVBE。
　　
　　某些硅溫度傳感器產(chǎn)生模擬電壓輸出（VPTAT，即與溫度成正比的電壓），而其他的溫度傳感器則將VPTAT轉換為電流輸出。
　　
　　在數(shù)字輸出溫度傳感器中，放大檢測晶體管的VBE，然后與帶隙基準電壓比較，并將結果輸入到Σ-Δ或逐次逼近寄存器ADC中轉換為數(shù)字輸出，精度可以是13bit或16bit，其中zui低有效位被用作符號位。
　　
　　一種可替換的數(shù)字輸出方案是采用脈寬調制（PWM），其溫度和脈沖的導通與截止時間的比例成正比。由于導通時間是固定的，因此這些傳感器可以按照需要執(zhí)行單次測量以使功耗zui小。
　　
　　4、數(shù)字溫度傳感器的精度如何？
　　
　　數(shù)字溫度傳感器的精度隨著溫度范圍的變化而變化。用于0~70℃溫度范圍內的數(shù)字溫度傳感器，可以達到±0.5℃的精度。用于在更寬的溫度范圍內封裝器件，如-55~175℃，在130~150℃內的典型精度為±1℃；裸露管芯在150~175℃內的典型精度為±1.5℃。
　　
　　封裝和溫度范圍的選擇取決于傳感器的使用方式。汽車內應用需要較寬的溫度范圍和裸露芯片。醫(yī)療應用、消費類應用和儀器儀表應用可能僅需要0~70℃的溫度范圍，而且溫度傳感器易于裝配的特性使其特別適于執(zhí)行額外的熱流計算，用于將測得的結點溫度轉換為表面貼裝溫度或金屬殼溫度。
　　
　　5、數(shù)字溫度傳感器的靈活性如何？
　　
　　寄存器可以針對“高”、“低”以及“臨界”溫度，進行編程（參看圖）。將測量值與這些限制溫度相比較，溫度過高或者溫度過低事件將觸發(fā)器件封裝上的特定引腳。
　　
　　數(shù)字溫度傳感器通過串行總線將測得的溫度傳送至系統(tǒng)控制器，還可以用于配置系統(tǒng)以及加載那些高、低和臨界寄存器。
　　
　　另一種替換方案就是：數(shù)字溫度傳感器可以像自動調溫器一樣工作，當溫度超過廠家預設的觸發(fā)點時，可以鎖定其輸出狀態(tài)（漏極開路或者推挽輸出）。跳變點以10℃為步長從35℃增加到115℃，通過外部引腳設置遲滯。
　　
　　圖中數(shù)字溫度傳感器可以通過串行總線提供實時溫度讀數(shù)，并且可以針對臨界過溫或欠溫提供系統(tǒng)中斷。作為替代方案，還可以使用脈寬調制輸出。