使用MAX1253/54和MAX1153/54進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)

MAX1253/54和MAX1153/54系統(tǒng)監(jiān)測(cè)器是用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中多個(gè)溫度的低成本方案。本應(yīng)用筆記解釋了如何在單端或差分配置中使用遙感二極管測(cè)量溫度，以及可能的誤差源。

傳統(tǒng)上，遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)是通過(guò)熱敏電阻、熱電偶或溫度傳感器IC完成的。如果系統(tǒng)需要在多個(gè)位置進(jìn)行溫度測(cè)量，則成本可能會(huì)迅速增加。MAX1253/1254和MAX1153/1154提供低成本方案，用于監(jiān)測(cè)多個(gè)遠(yuǎn)端溫度以及單個(gè)本地溫度。此外，這些器件提供自主報(bào)警功能，無(wú)需主機(jī)控制器進(jìn)行任何交互，在超過(guò)用戶可編程上限或下限閾值時(shí)產(chǎn)生中斷，從而實(shí)現(xiàn)完全獨(dú)立的溫度監(jiān)控。

這些IC器件可監(jiān)測(cè)任意電壓和溫度，本文將重點(diǎn)介紹溫度監(jiān)測(cè)，因此作為MAX1253/54和MAX1153/54數(shù)據(jù)資料的補(bǔ)充，該數(shù)據(jù)資料涵蓋了器件的所有功能。請(qǐng)參閱器件數(shù)據(jù)手冊(cè)，了解報(bào)警功能、器件編程、規(guī)格等。

基本二極管溫度測(cè)量

二極管或二極管連接的晶體管的正向電壓（V是） 在恒定電流下工作時(shí)，負(fù)溫度系數(shù)約為 2mV/°C，可用于測(cè)量遠(yuǎn)端二極管的溫度。然而，V是二極管制造商之間甚至設(shè)備之間都可能有所不同，因此絕對(duì)溫度測(cè)量對(duì)于批量生產(chǎn)不切實(shí)際，因?yàn)槊總€(gè)傳感器都需要校準(zhǔn)。補(bǔ)償 V 的替代技術(shù)是變化使用來(lái)自兩個(gè)已知電流的測(cè)量值來(lái)計(jì)算溫度。這種測(cè)量取決于比率，而不是絕對(duì)值，并且本質(zhì)上更準(zhǔn)確。MAX1253/1254和MAX1153/1154使用以下公式。

溫度 = (VHIGH - VLOW) × q/(n × k × ln(IHIGH/ILOW) (°K)

其中：

VHIGH = 高電流流動(dòng)的傳感器二極管電壓 （IHIGH）
VLOW = 低電流流動(dòng)的傳感器二極管電壓 （ILOW）
q = 電子電荷 = 1.602。10-19 庫(kù)侖
k = 玻爾茲曼常數(shù) = 1.38。10-23 日元/千米
n = 理想因子 = 1

為了使用這種方法進(jìn)行溫度測(cè)量，該器件使用兩個(gè)獨(dú)立的恒流源執(zhí)行兩次測(cè)量。I 之間的比率高和我低在工廠修剪。然后，器件使用上述公式計(jì)算溫度，并將結(jié)果寫入輸出寄存器（以°C為單位）。

使用MAX1253/1254和MAX1153/54

MAX1253/MAX1254和MAX1153/54的溫度測(cè)量過(guò)程是全自動(dòng)的。電流源和 V 的切換是測(cè)量在內(nèi)部排序，無(wú)需用戶干預(yù)。得到的12位（MAX1253/1254）和10位（MAX1153/1153）2的補(bǔ)碼結(jié)果代表傳感器溫度，單位為攝氏度，1LSB = 0.125°C（12位）和1LSB = 0.5°C （10位）。

MAX1253/MAX1254和MAX1153/MAX1154支持單端和差溫測(cè)量，或兩者的任意組合。兩種測(cè)量類型的設(shè)計(jì)決策取決于所需的精度水平以及溫度傳感器的類型或數(shù)量。

圖1.連接差分和單端溫度傳感器。

單端模式每個(gè)通道需要較少的連接數(shù)量，因此實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單，每個(gè)IC器件最多有8個(gè)監(jiān)控溫度。實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，只需將二極管連接的晶體管的陽(yáng)極連接到輸入通道，將陰極接地即可。

差模測(cè)量通過(guò)提供共模抑制來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的精度，但只允許為每個(gè)IC器件監(jiān)控四個(gè)單獨(dú)的溫度。將二極管連接的晶體管的陽(yáng)極連接到偶數(shù)輸入通道，并將陰極連接到配置為差分測(cè)量的輸入對(duì)的奇數(shù)輸入通道。圖1顯示了二極管連接。請(qǐng)參考圖2和圖3，了解單端或差分傳感器的典型溫度誤差。

圖2.典型的A級(jí)溫度誤差。

圖3.典型的 B 級(jí)溫度誤差。

錯(cuò)誤來(lái)源

由于與溫度測(cè)量相關(guān)的小信號(hào)，正確的布局技術(shù)對(duì)于最小化耦合到模擬輸入的噪聲非常重要。

對(duì)于單端測(cè)量，傳感器選擇遠(yuǎn)離高電流返回路徑的接地連接，以避免引入由電路板/系統(tǒng)接地中的壓降引起的誤差，這是單端測(cè)量的主要缺點(diǎn)。要獲得更好的精度性能，可以使用星形配置的子系統(tǒng)接地或信號(hào)接地層。將陽(yáng)極傳感器連接走線與電路板和系統(tǒng)噪聲源隔離;用接地線和接地層（如果可用）對(duì)其進(jìn)行屏蔽，以防止由磁/電噪聲感應(yīng)引起的溫度測(cè)量精度下降。

對(duì)于差分測(cè)量，兩條傳感器連接線以最小間距彼此平行運(yùn)行。這將通過(guò)最小化兩條線路之間的差分噪聲來(lái)提高溫度測(cè)量精度，因?yàn)樗鼈儗⑼瑯颖┞队诖蠖鄶?shù)噪聲源。為了進(jìn)一步改善噪聲抑制，通過(guò)在接地層之間運(yùn)行兩個(gè)傳感器連接（如果可用）來(lái)屏蔽它們。應(yīng)盡可能減小 AIN（+） 和 AIN（-） 端子之間的電容。圖4顯示了進(jìn)行差溫測(cè)量時(shí)該電容對(duì)模擬輸入的影響。一種連接選項(xiàng)是使用 RG-6 電纜，其電容為 50-75pF/M。這意味著該設(shè)備可以承受長(zhǎng)達(dá) 4 米的此類電纜，而不會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生重大影響。

圖4.外部傳感器電容的影響。

為了進(jìn)一步降低噪聲，MAX1253/54和MAX1153/54具有片內(nèi)平均功能，可實(shí)現(xiàn)。它可以編程為將結(jié)果平均從 1（無(wú)平均）到 2048 次。平均效應(yīng)可將噪聲降低大約 1/sqrt（N） 倍數(shù)。

選擇遠(yuǎn)程溫度傳感器

溫度檢測(cè)精度取決于是否具有高質(zhì)量的二極管連接小信號(hào)晶體管作為傳感器。2N3904型器件的精度已經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。晶體管必須是具有低基極電阻的小信號(hào)類型。正向電流增益的嚴(yán)格規(guī)格（+50至+150）表明制造商具有良好的過(guò)程控制，并且器件具有一致的V是特性。還可以使用CPU板載傳感器和其他IC的板載溫度檢測(cè)設(shè)備。

審核編輯：郭婷