高準確度 (±1°C) 溫度檢測器改善了系統(tǒng)性能和可靠性

趨向日益密集的計算能力之發(fā)展已經(jīng)增大了與熱量有關的挑戰(zhàn)。在很多系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)的能力對整體性能構成了很大的限制。標準冷卻組件 (笨重的散熱器和耗費大量功率、充滿噪聲的風扇、或安靜但昂貴的風扇) 會給組件排列緊密的電子產(chǎn)品增加了尺寸限制。最大限度地提高性能、最大限度地降低冷卻要求并確保電子產(chǎn)品正常工作的惟一方法是在系統(tǒng)各處采用準確、精密和全面的溫度監(jiān)視。

考慮到這一點，凌力爾特公司開發(fā)了高度準確的溫度監(jiān)視器系列，該系列產(chǎn)品可以非常容易地放置在系統(tǒng)各處。這個系列包括：

LTC®2997 可準確測量其自身的溫度或一個外部二極管的溫度。

LTC2996 增加了監(jiān)視功能，它將所測得的溫度與一個高溫或低溫門限進行比較，通過開漏報警輸出，就任何溫度過高情況發(fā)出通知。

LTC2995 整合了 LTC2996 和一個雙路電源電壓監(jiān)視器，能測量溫度、將溫度與可配置門限進行比較，并監(jiān)察兩個電源電壓。

LTC2997 是一款纖巧的高準確度溫度檢測器

LTC2997 采用 2mm x 3mm 6 引腳 DFN 封裝，非常適合測量 FPGA 或微處理器的溫度，如圖 1 所示。

圖 1：遠端 CPU 溫度檢測器

為此，LTC2997 向 FPGA 或微處理器的溫度監(jiān)視二極管發(fā)送測量電流，并在其 VPTAT 輸出上產(chǎn)生與二極管溫度成比例的電壓。LTC2997 還在 VREF 輸出提供一個 1.8V 的基準電壓，該基準電壓可用作 FPGA 或微處理器中內(nèi)置 ADC 的基準電壓。對于這種采用外部檢測器組件的配置，在 0°C 至 100°C 的溫度范圍內(nèi)，其測量誤差保證為 ±1°C，在 -40°C 至 125°C 的溫度范圍內(nèi)保證為 ±1.5°C。典型溫度測量誤差會是小得多的，如圖 2 所示。

圖 2：溫度誤差隨溫度的變化 (LTC2997 與遠端二極管的溫度相同)

ERROR：誤差

通過將 D+ 引腳連接到 VCC，就可將 LTC2997 配置為使用其內(nèi)部溫度檢測器。VPTAT 電壓有一個 4mV/K 的斜坡，每 3.5ms 更新一次。

工作原則

LTC2997 在多個測試電流上測量二極管電壓，并用該測量值消除任何受工藝影響的誤差和串聯(lián)電阻誤差，因而實現(xiàn)了令人贊嘆的準確度。

從二極管方程中可以解出 T，其中 T 是開氏溫度，IS 是工藝影響因數(shù)，量級為 10-13A，η 是二極管理想性因數(shù)，k 是波爾茲曼常數(shù) (Boltzmann constant)，q 是電子電荷：

從這個方程看出，溫度和電壓之間是有聯(lián)系的，其聯(lián)系取決于受工藝影響的變量 IS。在兩個不同的電流上測量同一個二極管 (IS 值相同)，產(chǎn)生一個與 IS 無關的表達式。自然對數(shù)項中的值變成了兩個電流的比值，該比值是不受工藝影響的:

與遠端二極管串聯(lián)的電阻提高了在每個測試電流上所測得的電壓，因此導致了正的溫度誤差。復合電壓等于：

其中 RS 是串聯(lián)電阻。

LTC2997 通過減去一個消除電壓 (參見圖 3a)，從檢測器信號中去掉了這個誤差項。電阻提取電路用一個額外的測量電流 (I3) 來確定測量通路中的串聯(lián)電阻。一旦確定了正確的電阻值，VCANCEL 就等于 VERROR?，F(xiàn)在，由于串聯(lián)電阻和檢測器溫度可以利用電流 I1 和 I2 確定，所以溫度至電壓轉換器的輸入信號就免除了誤差。

高達 1k 的串聯(lián)電阻一般引起低于 1°C 的溫度誤差，如圖 3b 所示，這使 LTC2997 成為讀出與溫度管理系統(tǒng)相距幾米遠的二極管檢測器讀數(shù)之理想器件。確實，最長距離更加受制于線路電容而不是線路電阻。大于 1nF 的電容會在各種不同的檢測點上影響檢測器電壓的穩(wěn)定性，因此引入了額外的溫度讀數(shù)誤差。例如，一條 10m 長的 CAT 6 電纜具有大約 500pF 的電容。