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如何通过IC温度传感器轻松解决-55至200˚C的温度感应问题

文章出处:yaxun88 人气:发表时间:2019-11-30 16:59

自集成电路问世以来,IC温度传感器已成为器件设计的一部分。设计人员已尝试减少温度对芯片系统的影响,集成温度传感器已轻松解决了-55至200°C温度范围内的大多数问题。最新一代的温度传感器采用0.76mm2的封装可以实现±0.4°C的精度。

自进入IC设计时代以来,集成电路(IC)温度传感器无意间已成为器件设计的一部分。 IC设计人员经历了曲折,试图将温度对芯片系统的影响降至最低。峰值电路转向时,IC设计人员突然想到了一个绝妙的主意:为什么不积极利用有源电路p-n结的温度特性,而不是局限于动脑筋以最小化其影响。与集成在同一芯片设计器中的数字功能大相径庭,这是它们诞生于当前的温度传感器IC的原因。集成温度传感器可轻松解决-55至200°C温度范围内的大多数温度传感挑战。

输入项
温度传感器IC的输入是环境温度。换句话说,封装周围的环境温度改变了内部晶体管的性能(图1)。

晶体管检测温度电路

图1:该概念电路显示了匹配的晶体管如何检测温度。


温度传感设计通过巧妙的配置和计算消除了晶体管饱和电流(IS)的影响。使用恒流源(IC)以及晶体管和等效晶体管阵列之间的开关,可以轻松控制饱和电流。
在图1中,我们看到VBE和VBE(N)之间的差异如何轻松对应于温度变化。式
(1)表示晶体管基极-发射极电压VBE的值。
晶体管基极-发射极电压VBE
公式1)
其中:
k是等于1.38×10-23 J / K的玻尔兹曼常数。
q等于1.6021765×10-19C;
T是单位为K的温度。
公式(2)显示了许多并联晶体管的基极-发射极的VBE(N)值。


基极-发射极之间的电压差
公式(2)
如果电流源IC从一个引脚切换到另一个引脚,则公式(3)显示两个基极-发射极电压之间的差异。

IC级快速测量温度
公式(3)
通过计算可以得出:
常数= k×ln(N)/ q或86.25×10-6×ln(N)。
从概念上讲,它使您知道如何在IC级别上快速测量温度。图1中的电路已经做了一些改进,IC温度检测精度高达±0.4oC。

输出量
现在我们有了准确的温度读数,将这个最终值提供给外界非常重要。显示温度数据有两种基本方法:模拟电压或数字值。
模拟电压输出非常易于读取。使用适当的温度感测设备,您可以捕获模拟信号并将其转换为数字表示或反馈到电路中的某个点。
温度传感器的数字输出功能更加有趣,提供了多种输出类型,但主要是1线,2线或3线输出。

1线数字输出提供脉冲宽度调制(PWM)脉冲计数信号或简单的阈值/开关信号。这两个信号在风扇控制电路中很有用。 2线制数字输出提供I2C或SMBus信号。数字结果是内部模数转换器的副产品。您还可以看到代表阈值温度和可能的错误情况的数字输出。 3线数字输出提供SPI接口。

WLP温度传感器
每个产品都有从粗糙到精细的开发过程,温度传感器系列也在不断改进。接下来,该产品线将在设备封装尺寸方面取得巨大突破。最新的温度传感器外壳采用晶圆级封装(WLP)封装。
1998年,桑迪亚国家实验室和富士通共同开发了WLP。该封装在切割过程之前已进行晶圆级制造,其组装使用标准表面安装技术(SMT)完成。
这种封装技术带来了超小型封装形状和低θ结环境值。新一代温度传感器的尺寸使标准0603封装中的标准0.1μF电容器相形见((图2)。
WLP温度传感器
图2:WLP温度传感器(U1 / MAX31875)小于SMT的0.1μF电容器(C1)。
在饭桌上
因为新包装很小,所以您可以像在晚餐上撒盐和胡椒一样将温度传感器放置在PCB上。最新一代的温度传感器采用仅占PCB面积0.76mm2的封装,可实现±0.4oC的精度。

此文关键字:IC温度传感器

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