如何选择合适的温度传感器?低压二极管IC为您解答

分享到:

有电的地方就有热量,有热量的地方通常需要感应温度(最广泛感应的物理变量)。我们所说的温度是我们对材料热能的测量,有许多传感器可用于测量它,从非常低成本和有限范围到复杂和专业的单位。在某些情况下,决定使用哪种传感器很困难,因为有很多可行的选择,而其他时候可以说,只有一个或几个会成功。毫不奇怪,使用什么取决于预期温度本身(高、低和跨度)、所需的精度和分辨率、成本(当然)和其他因素。

自从结点的温度、电压和电流之间基于物理的关系发展以来,基本二极管和晶体管的二极管结一直用于温度传感(参考文献 1)。回想一下您对半导体器件的介绍,希望您会记得这个指数图(图 1)。

Fig_1_Eng

图 1. 基本的二极管结电流/电压曲线与温度
是高度非线性的,可能是一个障碍,也可能被用作积极影响。

它清楚地说明了正向偏置二极管的经典公式:

1973cf1d965194f4a060b2c0499febb

S是反向饱和电流,V 是二极管的正向压降,η 是理想因子(1 到 2 之间的常数),VT是二极管的热电压,反过来,由下式给出:

dd37b125a2b9c989a923019a70e493a

其中 T 是以开尔文为单位的绝对结温,q 是电子电荷,k 是玻尔兹曼常数。
 
你可能会想:我已经知道这个了,所以物理学已经够多了。另一方面,如果您不熟悉这一点,最好上网进行简短的复习或教程。
 
二极管结的这种温度依赖性既是诅咒也是祝福。当然,随着电流和电压的变化,它会对半导体器件的基本性能产生严重影响,而温度系数 (tempco) 是一个经过仔细研究的数据手册数字。IC 设计人员采用许多巧妙的拓扑结构来最大限度地减少其影响,或者更好的是,制定方案,使其引发的变化会自行抵消。
 
虽然这种温度敏感性会阻碍分立器件和 IC 的性能,但它也可以用于温度传感。许多模拟和数字器件使用基本的片上结点来感应自己的芯片温度,如果芯片过热,甚至会调用关断。这消除了对单独传感器的需求,是一种经济高效的自我监控解决方案。
 
但是,当您想与多个用作传感器的外部二极管连接时,接口在多路复用和 A/D 转换方面可能会变得复杂。幸运的是,IC 供应商已经认识到使用多个二极管的挑战,并创建了一些独特的接口来与这些传感器一起使用。这就是 Microchip Technology 最近发布的 EMC1812 系列低压二极管传感器 IC 让我感兴趣的原因(图 2)。根据所选的特定系列成员,这些 IC 可处理 1 到 4 个外部温度传感二极管以及 1 个片上传感二极管。
 
Fig_2_Eng
图 2. Microchip Technology EMC1812 系列提供的不仅仅是作为温度传感器的一个或多个
二极管的模拟接口;它还包括数字化、处理器接口和一些基本数据分析
,以减轻处理器的负担。

该系列的 IC 不仅仅是提供基本的二极管接口和通过 SMBus/I 进行数字化2C 兼容接口。他们可以实施温度变化率计算,然后在该变化率超过用户设置的限制时提供先发制人的警报。它们还通过包含电阻纠错功能来提高二极管作为温度传感器的性能,该功能可自动消除由串联电阻引起的温度误差,从而为热二极管布线提供更大的灵活性。它们还集成了 β 补偿,以消除由晶体管的低 β 和可变 β 引起的温度误差,这在当前的精细几何处理器中很常见;它们确定最佳的传感器外部二极管/晶体管设置。

像这样的 IC 改变了二极管结,用作低成本但具有挑战性的温度传感器,需要高水平的模拟和数字 I/O 支持。相反,二极管更容易连接,同时减少了系统处理器不断评估读数、检查警报条件等的需要。这是接口 IC 如何将旧传感器的使用现代化为与当今 I/O 和处理器需求兼容的传感器的另一个示例。

更多资讯内容,详见文章
相关资讯
从传感器到边缘计算:物联网底层技术如何构建“万物互联”?​

物联网底层技术以传感器与边缘计算构建“万物互联”。传感器作为“神经末梢”,将物理信号转为电信号,实现环境感知;边缘计算作为“神经中枢”,在网络边缘处理数据,降低传输压力与延迟。二者闭环协作,推动物理与数字世界融合,赋能各领域智能化变革。

毫米波雷达:智能时代的全能感知 “神器”,一文读懂其技术与应用

毫米波雷达作为关键传感技术,工作于 30 - 300GHz 毫米波频段。历经技术突破,现广泛应用于车规、工业、消费及医疗等领域。其具备高分辨率、强穿透性、全天候工作等优势,采用 FMCW 等主流机制实现精准测量,未来发展前景广阔 。

如何选择合适的温度传感器?低压二极管IC为您解答

低压二极管温度传感器IC通过集成多个外部二极管和智能功能,提供高效的温度监测解决方案。它不仅支持数字化传输和温度变化率计算,还具备电阻纠错和温度预警功能,大大提高了传感精度和系统响应速度。该技术广泛应用于消费电子、工业控制等领域,为温度监测带来革命性的改进。

ISFET与MEMFET化学传感器:从工作原理到实际应用的深度解析

ISFET与MEMFET传感器通过将化学浓度变化转化为电信号,为化学检测提供高效解决方案。基于REF200的恒流驱动器设计稳定了漏源电流,确保了数据准确性。实验验证了栅源电压与离子浓度及pH值之间的线性关系,展现其在医学、环境监测及工业控制中的广泛应用前景。这些传感器凭借高灵敏度与模块化设计正在推动化学检测领域的技术革新。

传感器线性误差解析:如何精准理解并最小化测量不确定性

传感器的线性误差或非线性度是影响其精度的重要因素,理解这一误差及其来源对于提高测量精度至关重要。线性误差通常通过最小二乘法计算的最佳拟合线来衡量,多个因素如环境变化、重复性、滞后误差以及测量设备的分辨率都会影响传感器的线性度。通过控制这些因素并使用高精度设备,可以有效减少误差,从而提升测量结果的准确性。

精彩活动