小外形精確LMT70模擬溫度傳感器設(shè)計(jì)

技術(shù)進(jìn)步已允許將溫度傳感器集成電路（IC）用于人體溫度測(cè)量（常見(jiàn)于可佩戴式保健帶和醫(yī)療設(shè)備中）等精密應(yīng)用。由于TI最近發(fā)布了適合人體溫度測(cè)量的小外形精確LMT70模擬溫度傳感器，用戶已向TI的溫度傳感團(tuán)隊(duì)提出了許多與這些類(lèi)型的應(yīng)用相關(guān)的問(wèn)題。因?yàn)楣P者過(guò)去介紹其它傳感器時(shí)已回答了一些這樣的問(wèn)題，所以筆者認(rèn)為自己應(yīng)在本文中討論幾個(gè)這樣的問(wèn)題。

問(wèn)：當(dāng)用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）監(jiān)測(cè)傳感器時(shí)，您如何能用一個(gè)12位ADC（如在MSP430?超低功耗微控制器 (MCU) 中發(fā)現(xiàn)的12位ADC）實(shí)現(xiàn)更佳的量化誤差？

答：在軟件中使用移動(dòng)平均值可提高ADC的分辨率 —— 實(shí)際上您可改變平均值的數(shù)量并看到噪聲水平及分辨率的提高或降低。如果施加到ADC輸入的信號(hào)的噪聲振幅超過(guò)ADC的最低有效位（LSB），那么移動(dòng)平均法可發(fā)揮作用。例如，采用16個(gè)樣本的移動(dòng)平均值可通過(guò)方程式1將12位ADC的分辨率增加到14位：

（1）

LMT70評(píng)估模塊可使用MSP430 MCU的12位ADC。由于這種技術(shù)，該評(píng)估模塊的典型性能已證明是±0.07℃。

問(wèn)：傳遞函數(shù)如何影響模擬溫度傳感器的整體準(zhǔn)確度？

答：在很多產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中都有準(zhǔn)確度曲線圖，展示不同方程式如何影響準(zhǔn)確度。就LMT70而言，使用二階曲線或三階曲線，準(zhǔn)確度大致等同于人體溫度測(cè)量的有限溫度范圍查找表（LUT）中的準(zhǔn)確度，所以該器件將符合相同的技術(shù)規(guī)格。當(dāng)然，如圖1和圖2中曲線所顯示的，最好使用產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)里給定、適用于10℃至110℃的三階方程式。甚至最適合20℃至45℃的二階曲線也能提供可接受的結(jié)果。

您如何能生成這個(gè)方程式？使用Excel或MATLAB曲線擬合。您如何生成準(zhǔn)確度曲線圖？只需把在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的電氣特性（EC）表中找到的最低和最高電壓限值代入您的方程式。

圖1：使用三階傳遞函數(shù)最佳擬合（10℃至+110℃）

圖2：使用二階傳遞函數(shù)最佳擬合（10℃至+110℃）

問(wèn)：電壓變動(dòng)范圍為1.8V至3V的電池能直接為模擬傳感器供電嗎？對(duì)準(zhǔn)確度有什么影響？

答：模擬傳感器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的技術(shù)規(guī)格包括電源靈敏度及曲線，這樣您就可以確定對(duì)準(zhǔn)確度的影響。作為一個(gè)示例，讓我們來(lái)看看LMT70。圖3（來(lái)自LMT70產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的第9頁(yè)）展示了在模擬溫度傳感器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中找到的典型曲線。

圖3：LMT70線路穩(wěn)壓

正如您所看到的，對(duì)典型的LMT70傳感器來(lái)說(shuō)，電壓降至2V時(shí)準(zhǔn)確度很高。在該曲線圖中，每個(gè)刻度段是0.5mV，所以那是0.1℃。電源靈敏度極限為+/-9m°C/V。因此，對(duì)于2V至3V的電壓范圍，您將得到不超過(guò)0.009℃的變化。就0.1°C-0.2℃的目標(biāo)而言，對(duì)誤差的影響可以忽略不計(jì)。

所有IC均具有它們開(kāi)始發(fā)生故障或關(guān)閉的電壓水平。對(duì)于LMT70，當(dāng)電壓低于2V時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況，如EC表中所列出的。如果您在試驗(yàn)臺(tái)上試用幾個(gè)LMT70傳感器，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)電壓低于2V時(shí)一些傳感器仍可工作，但TI不針對(duì)那種電壓明確規(guī)定IC。IC制造商對(duì)器件進(jìn)行了廣泛的特性描述，以確保產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的技術(shù)規(guī)格涵蓋未來(lái)生產(chǎn)發(fā)生變化時(shí)的情況。

問(wèn)：靜電放電（ESD） —— 我需要擔(dān)心它嗎？

答：如果您在擔(dān)心連接器上的ESD并且那些連接將是用戶可訪問(wèn)的，那么您既需要保護(hù)MCU電路板又需要保護(hù)IC傳感器，如圖4中紅色部分所示。您也可以在用戶指南里添加注釋，警告在進(jìn)行電路板/組裝操作時(shí)要采用ESD安全慣例。

圖4：置于電路板外的傳感器

如果用戶不能訪問(wèn)該連接器，那么應(yīng)在ESD安全的環(huán)境中對(duì)該模擬溫度傳感器進(jìn)行操作。特別是對(duì)LMT70，無(wú)需額外的ESD保護(hù)功能，因?yàn)樵搨鞲衅骶哂杏糜谥圃炷康牡膬?nèi)置ESD保護(hù)功能。