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發布日期：2022-10-14 點擊率：103
溫度監測在廣泛的應用中發揮著重要作用。對于電子系統，高于或低于規格的溫度會影響電路和系統的標稱性能。除了這些傳統的熱管理應用之外，溫度測量已從偶然的系統監控功能轉變為物聯網(IoT)等應用的核心功能。在這里，無線溫度傳感器依靠能量收集技術來為傳感器數據的測量和無線傳輸提供功率。對于這些低功耗設計，工程師可以找到ADI公司，Maxim Integrated公司，Microchip Technology公司和德州儀器公司等公司提供的集成傳感器IC。
對于一般的溫度測量應用，工程師可以從各種溫度傳感器中進行選擇包括熱電偶，RTD，熱敏電阻和IC傳感器。熱電偶通常用于高溫傳感; RTD適用于較低的溫度范圍;和熱敏電阻是精確檢測窄溫度范圍的首選傳感器。每種類型都可以為大多數應用提供足夠精確的測量，但是工程師面臨著產生可靠，準確的溫度數據的一系列挑戰。
溫度測量
對于設計人員來說，實現傳感器應用需要構建信號調理電路為下游應用提供合適的數據。通常，信號調理電路需要在信號路徑中包括放大器，濾波器，比較器，電壓基準和ADC。此外，根據傳感器類型，設計人員需要解決冷溫補償，提供電流或電壓激勵源，并管理查找表以進行線性化(圖1)。
在無線溫度傳感器的能量收集設計中添加溫度測量功能圖1：使用傳統的溫度傳感器進行設計，工程師需要滿足激勵和加載的傳感器要求，并構建一個能夠將非線性傳感器值轉換為精確溫度數據的信號鏈(由Maxim Integrated提供)。雖然廣泛的復雜這些器件可用于復雜的系統級溫度監控操作，工程師可以找到更多基本的溫度傳感器IC。這些器件專為溫度測量而設計，通過將片上溫度傳感器與集成信號調理電路相結合，簡化了設計，無需設計人員在簡單的傳感器應用中解決信號調理和數據轉換的關鍵細節問題。這些集成器件具有模擬或數字輸出，包括在寬溫度范圍內產生精確線性輸出所需的所有信號處理功能。這些器件通常可以降低傳感器的總體功耗要求，并且通常提供采用能量采集技術的無線傳感器設計所需的極低功耗模式。
德州儀器LM74溫度傳感器集成了帶隙溫度傳感器和12位ΔΣADC，帶有相關的控制邏輯，寄存器和SPI兼容的三線串行接口(圖2)。默認情況下，器件以連續轉換模式上電，
消耗265μA(典型值)在無線溫度傳感器的能量收集設計中添加溫度測量功能圖2：IC溫度傳感器通過在芯片上集成傳感器，調節和轉換電路簡化了溫度傳感應用的設計(由德州儀器公司提供)。但是，因為特別是溫度傳感應用只需要定期采樣，工程師可以將LM74置于低功耗關斷模式，其功耗低于10μA(3.3 V時DSBGA封裝的典型值為3μA，5 V時SOIC封裝的典型值為8μA)。在此模式下，串行接口保持活動狀態，并且器件在其內部寄存器中保留最新的溫度讀數。因此，工程師可以調出LM74，完成溫度讀數，并將器件恢復到關斷模式。在任何時候，包括在關機模式期間，單獨的MCU都可以使用串行接口來收集最新的溫度數據。
多樣的配置
工程師可以找到各種各樣的IC溫度傳感器，它們集成了完整的不同分區信號鏈(再次參見圖1)，以及提供附加功能的信號鏈。 ADI公司的AD22100提供完整的模擬信號鏈，無需額外的模擬電路進行微調，緩沖或線性化。使用這種類型的器件，工程師必須提供單獨的轉換功能，通常依賴于帶集成ADC的MCU。
AD22100提供比例輸出，其輸出電壓與器件電源電壓的溫度成正比：輸出電壓當器件由+5.0 V單電源供電時，在-50°C時從0.25 V擺動至+ 150°C時+ 4.75 V。使用比率傳感器簡化了ADC的使用，因為相同的電源可以作為ADC的參考，無需單獨的，昂貴的精密電壓基準(圖3)。
在無線溫度傳感器的能量收集設計中添加溫度測量功能圖3：ADI公司的AD22100是比例溫度傳感器IC，允許為AD22100和ADC參考電壓使用相同的+5 V電源，無需單獨的精密電壓基準(由Analog Devices提供)。電源電壓的微小變化影響不大，因為AD22100和ADC都使用電源作為參考。對于基于集成MCU的典型能量收集應用，工程師可以類似地使用MCU集成ADC，而無需精確的電壓基準，盡管可能需要一個簡單的RC濾波器來提供對高速尖峰的免疫力。 MCU ADC輸入引腳。
同樣，Microchip Technology MCP9700系列為溫度測量提供了簡單的解決方案?；贛icrochip的線性有源熱敏電阻技術，傳感器IC系列依賴于內部二極管的溫度依賴性來產生與溫度相關的輸出電壓電平。內部二極管的溫度系數導致輸出電壓與-40°至150°C的相對環境溫度相關。對于MCP9700，該溫度范圍內的電壓變化可以調整到10.0 mV/°C(典型值)的溫度系數。雖然可以使用高度復雜的熱管理IC，但大多數都提供針對大型系統監控的功能，超出典型無線傳感器設計所需的范圍。然而，即使是簡單的溫度傳感應用也可能存在超出設計極限的溫度偏移運行的風險。對于這些應用，設計人員可以選擇德州儀器(TI)LM75A等溫度傳感器IC，它們提供熱監視器功能，而無需更復雜的熱監控設備的開銷。
工程師可以使用LM75A等設備測量溫度，但在發生過溫情況時也會禁用敏感電路。同樣，Microchip Technology TCN75A不僅可以讓設計人員測量溫度，還可以監控溫度超過設定閾值時觸發的報警輸出信號。
溫度傳感器IC可以顯著簡化溫度測量應用的實現。另一方面，它們使用片上溫度傳感器意味著如果最佳熱路徑通過其引腳，則器件的測量結果最終反映其安裝的PCB的溫度(甚至器件芯片本身)。因此，制造商通常建議使用塑料封裝的部件，因為塑料在傳感器和PCB之間起到更有效的熱絕緣體的作用。為了更加隔離，工程師可以將傳感器IC安裝在一個密封的導熱外殼中，放置在感興趣的環境中。
對于需要完全隔離熱測量的應用，工程師仍然可以找到集成完整信號鏈的設備但依靠外部傳感器。 Maxim Integrated MAX6682和MAX6674分別使用外部熱敏電阻和熱電偶產生數字溫度數據。設計人員只需將器件的輸入連接到適當的溫度傳感器，并將器件的SPI兼容三線輸出連接到MCU，即可實現完整的溫度傳感器(圖4)。
在無線溫度傳感器的能量收集設計中添加溫度測量功能圖4：無法使用集成溫度傳感器的應用可以轉向集成IC，例如Maxim Integrated MAX6682和MAX6674，它們集成了完整的信號鏈，但分別依賴于外部熱敏電阻和熱電偶(由Maxim Integrated提供)。 》總結溫度傳感器IC為基本的溫度測量應用提供簡單的低功耗解決方案。通過將片上溫度傳感器與完整信號鏈的模擬甚至數字級集成，這些器件可將溫度測量結果作為電壓輸出或最終數字值。利用可用的集成傳感器IC，工程師可以輕松地為采用能量收集技術的低功耗無線傳感器設計添加溫度測量功能。
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