數(shù)字溫度傳感器原理

數(shù)字溫度傳感器工作溫度范圍為-55℃到50℃，采用溫度比例（ptat）電路，通過(guò)檢測(cè)二極管的基極-發(fā)射極電壓（vbe）的變化來(lái)測(cè)量本地/遠(yuǎn)程溫度。它具有簡(jiǎn)單的集成硬件來(lái)保存溫度值并對(duì)溫度設(shè)定點(diǎn)、器件工作模式、睡眠模式以及快/慢轉(zhuǎn)換速率進(jìn)行編程設(shè)定。數(shù)據(jù)通過(guò)ic間總線（i2c總線）、系統(tǒng)管理總線（smbus）或串行外圍接口（spi）來(lái)通信。實(shí)際上，每個(gè)器件在生產(chǎn)時(shí)均會(huì)進(jìn)行調(diào)整，溫度檢測(cè)精度達(dá)到±0.5℃以內(nèi)或者更高，性價(jià)比和可靠性均很高。這些優(yōu)點(diǎn)使得數(shù)字溫度傳感器在幾乎任何可以想象到的應(yīng)用中都受到歡迎，包括pc、通信設(shè)備、手持設(shè)備和工業(yè)控制設(shè)備等。那么本文主要介紹

　　具體來(lái)說(shuō)，數(shù)字溫度傳感器的主要構(gòu)成包括一個(gè)雙電流源、一個(gè)δ-σ a/d轉(zhuǎn)換器、數(shù)字邏輯和一個(gè)通向數(shù)字器件（如與一個(gè)微處理器或微控制器連接）的串行接口（如i2c總線、smbus或spi）。數(shù)字溫度傳感器有兩種：本地或遠(yuǎn)程溫度傳感器，它們均采用某種方法強(qiáng)制兩個(gè)成比例的電流通過(guò)一個(gè)連接成二極管形式的npn或pnp晶體管，均用于測(cè)量所導(dǎo)致的vbe變化，使用δ-σa/d轉(zhuǎn)換器對(duì)電壓采樣并將數(shù)值轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。強(qiáng)制電流一般采用約10:1的比例。通過(guò)強(qiáng)制施加比例電流和測(cè)量?jī)蓚€(gè)vbe的差值，可消除二極管上is這一與工藝相關(guān)參數(shù)的一階效應(yīng)。

　　每個(gè)溫度傳感器在生產(chǎn)過(guò)程中均會(huì)進(jìn)行調(diào)整，以便與要使用的二極管的理想?yún)?shù)匹配。遠(yuǎn)程二極管的特性取自2n3904/6。由于本地溫度傳感器在硅襯底上只是一個(gè)簡(jiǎn)單的npn或pnp結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程溫度傳感器幾乎總是集成一個(gè)本地溫度傳感器。因此，遠(yuǎn)程傳感器的作用幾乎總是像兩個(gè)傳感器一樣。本地溫度傳感器在同一封裝集成了一個(gè)熱二極管。對(duì)于本地傳感器，根據(jù)封裝和位于ic襯底上的本地二極管，熱時(shí)間常數(shù)（即達(dá)到zui終溫度的63.2%所需的時(shí)間）為幾分鐘。總線負(fù)載過(guò)重或轉(zhuǎn)換過(guò)快會(huì)造成器件自加熱并影響溫度精度。

　　溫度數(shù)據(jù)變?yōu)榭捎盟璧臅r(shí)間稱為轉(zhuǎn)換速率。該速率由器件內(nèi)部振蕩器和a/d分辨率決定，一般低于100hz或長(zhǎng)于10ms。轉(zhuǎn)換速率越快，溫度數(shù)據(jù)可檢索的速度就越快，同時(shí)溫度傳感器消耗的功率也就越大。由于存在自加熱效應(yīng)，轉(zhuǎn)換速率通常較低。圖1顯示了一個(gè)遠(yuǎn)程溫度傳感器和/或本地溫度傳感器的簡(jiǎn)化框圖。