自进入IC规划年代,集成电路(IC)温度传感器不经意就成为器材规划的一部分。IC规划人员历经曲折,企图将温度对芯片体系的影响减到最小。山穷水尽,一位IC规划师忽然有了一个绝妙的主意:何不活跃开辟运用有源电路p-n结的温度行为,而不是局限于费尽心机将其影响最小化。而将数字功用集成到同一芯片的规划师更是脑洞大开,正是他们孕育出现在的温度传感器IC。
集成的温度传感器能够轻松处理-55至200ºC温度范围内的大部分温度感测难题。
输入端
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会改动内部晶体管的行为(图1)。
图1:这一概念电路显现了匹配的晶体管怎么检测温度。
温度感应规划经过奇妙的装备和核算来消除晶体管饱满电流(IS)的影响。运用恒流源(IC)以及晶体管和同等晶体管阵列之间的开关很简略操控饱满电流。在图1中,咱们看到VBE 和VBE(N)之间的差是怎么轻松对应温度改变的。
公式(1)显现了晶体管基极-发射极电压VBE的值。
公式( 1)
其间:
k是玻耳兹曼常数,等于1.38×10-23J/K;
q等于1.6021765×10-19C;
T是以K为单位的温度。
公式(2)显现了许多并联晶体管的基极-发射极的VBE(N)值。
公式(2)
假如将电流源IC从一条引脚切换到另一条引脚,则公式(3)显现了这两个基极-发射极电压之间的差。
公式(3)
经过核算,得出:
CONSTANT=k × ln(N)/q 或86.25×10-6 × ln(N)。
从概念上讲,它让你知道怎么在IC级快速丈量温度。对图1中的电路做少量改善,IC温度感测精度可高达±0.4ºC。
输出端
现在咱们有了精确的温度读数,怎么向外界出现此终究数值很重要。显现温度数据有两种根本办法:模仿电压或数字值。
模仿电压输出十分简略读取。运用恰当的温度感应设备,你能够捕获模仿信号,将其转换为数字表明或回馈到电路中的某个点。
温度传感器的数字输出才能更风趣,有许多输出类型可选,但主要是1线、2线或3线输出。
1线数字输出可供给脉宽调制(PWM)的脉冲计数信号或简略的阈值/开关信号。这两种信号在电扇操控电路中都很有用。2线数字输出供给I2C或SMBus信号。数字结果是内部模数转换器的副产品。你还能够看到代表阈值温度和或许的过错条件的数字输出。3线数字输出供给一个SPI接口。
温度传感器材的晶圆级封装
每个产品都有从粗陋到精密的发展过程,温度传感器系列也在不断改善。该产品系列接下来将在器材封装的尺度上有巨大打破。最新温度传感器材的外壳选用晶圆级封装(WLP)。
1998年,桑迪亚国家实验室和富士通开发了WLP。该封装在切开工艺之前,已完结晶圆级制作,其拼装以规范的外表贴装技能(SMT)完成。
这种封装技能带来了超小型封装外形和低θ结-环境值。这一代温度传感器的尺度使选用规范0603封装的规范0.1μF电容相形见绌(图2)。
图2:WLP温度传感器(U1/MAX31875)尺度比SMT的0.1μF电容(C1)小。
在饭桌上
由于新封装尺度小,你能够将温度传感器恣意放置在pcb上,就像你做晚餐时撒盐和胡椒面相同。最新一代的温度传感器能够在仅占0.76mm2 pcb面积的封装内完成±0.4ºC的精度。那么,明天上什么菜?