理想的應用于工業(yè)器具的遠程溫度傳感器

遠程溫度傳感器具有其它IC溫度傳感器所具有的全部優(yōu)點，其中包括線性響應、無需校準以及低功耗，因此非常適用于工業(yè)應用。

要理解遠程溫度傳感器的概念以及與本地溫度傳感器的不同，首先要先來回顧一下溫度傳感器集成電路 (IC) 的一些基礎(chǔ)知識。硅溫度傳感器集成電路利用的是硅PN結(jié)隨溫度變化而變化的基本運行方式。

因此，如果使電流流經(jīng)在不同區(qū)域的兩個PN結(jié)，它們就會產(chǎn)生出兩個不同的正向電壓值。在電流恒定時，電壓會隨著PN溫度結(jié)點上的溫度變化而變化。這兩個電壓之間的差與絕對溫度成比例：

了解了所有溫度傳感器 IC的基本工作原理之后，第二個問題是有關(guān)遠程溫度傳感器和本地溫度傳感器之間的差異。本地溫度傳感器的PN結(jié)通常被熱連接至封裝的接地引腳。根據(jù)熱平衡原理，PN結(jié)上的溫度大體上與接地引腳已連接的印刷電路板 (PCB) 感受到的溫度是一樣的。

遠程溫度傳感器感測本地溫度時與本地溫度傳感器一樣。此外，它們還感測系統(tǒng)中的一個或多個遠程二極管或晶體管。在很多情況下，這些遠程元器件位于其他的IC中，諸如處理器，專門用途集成電路 (ASIC)，或者現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)。這里的“遠程二極管”實際上是一個PNP晶體管，此晶體管的集極和器件的基板相連接。

PNP是大多數(shù)CMOS處理的固有器件，因此可在任何容易出現(xiàn)過熱情況的復雜而高耗電量的電路中輕松應用?；蛘咴谀切┍仨毐O(jiān)視多個點溫度的系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)高效益，可在每個“遠程”位置采用一個標準晶體管(諸如2N3904或2N3906)。

此外，遠程溫度傳感器集成了一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，此 ADC 在輸入上具有一個模擬復用器，以便在不同溫度源之間切換。這樣可通過一個標準串口，諸如I2C或串行外設(shè)接口 (SPI)，實現(xiàn)與控制器的直接對接，并且可將過熱警報等熱管理中的某些功能轉(zhuǎn)交溫度傳感器進行處理。

遠程結(jié)溫晶體管

遠程溫度傳感器在調(diào)整后可以與特定類型的晶體管連接一同工作。由于這些遠程晶體管/二極管在幾何圖形處理以及其它變量處理方面的特點不同，遠程溫度傳感器在計算遠程溫度時應該包含某些方法來應對這些差異。如果采用了不同的連接類型，那么必須使用“非理想”因子對不同的晶體管類型進行補償：

其中：

TCF = 溫度修正因子

TCR = 所需溫度范圍的中心

ηTS = 遠程溫度傳感器非理想技術(shù)規(guī)格

ηProcess = 針對遠程晶體管/二極管的非理想技術(shù)規(guī)格

很多新型的溫度傳感器，諸如德州儀器 (TI) 生產(chǎn)的TMP451，具有針對非理想因子的多重選項，這樣它就可以與不同的離散型晶體管或處理節(jié)點專用集成電路 (ASIC) 集成溫度二極管一同使用。

遠程溫度傳感器所包含的另外一個普通信號調(diào)整功能是串聯(lián)電阻抵消。應用中的串聯(lián)電阻通常是由PCB走線電阻造成的。這個遠程線路長度可以由遠程溫度傳感器自動抵消，從而防止可能產(chǎn)生的溫度偏移。典型器件可以抵消總計高達1kΩ的串行線路電阻。這樣就無需額外特性化和溫度偏移校正了。

一旦處理器、ASIC 和 FPGA的處理幾何圖形達到90nm或更小時，遠程感測二極管/晶體管的特性會隨之變化。早期遠程溫度傳感器的工作方式是控制射極的電流。在處理較小的幾何圖形時，這些晶體管的物理屬性的變化程度，使VBE 變成集極與射極電流之間的函數(shù)。如果晶體管的BETA特性與集極電流無關(guān)的話，那么對射極電流的控制可以提供足夠的準確度。

然而，這些新型的、更小幾何尺寸晶體管表現(xiàn)出了與集極電流相關(guān)的BETA特性。像很多更新型的遠程溫度傳感器，諸如TI生產(chǎn)的TMP435，就通過控制集極電流而非射極電流來實現(xiàn)一個自動BETA補償功能。TMP435能根據(jù)外部晶體管的BETA因子來自動檢測并選擇正確的范圍。

選擇遠程溫度結(jié)還是熱敏電阻?

熱敏電阻是最常用的溫度測量器件。從本質(zhì)上講，熱敏電阻是一個阻性元件，其電阻值隨著器件上的溫度成比例變化。由于熱敏電阻是一種相對較小的組件，它可以在距離物體非常近的位置上監(jiān)視物體溫度。

在某些應用中，這一點會成為本地溫度傳感器的一個限制因素。而用遠程晶體管來替代熱敏電阻，就可以實現(xiàn)與熱敏電阻十分相似的封裝尺寸。然而，這還帶來了許多溫度傳感器IC的優(yōu)勢，包括總體功耗的降低、抗噪數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏p少，以及簡化的實現(xiàn)方式和信號處理。

上圖中顯示的是溫度傳感器的線性響應與熱敏電阻的非線性響應之間的對比圖。

硅溫度傳感器的響應性能優(yōu)于熱敏電阻，從而實現(xiàn)了這種簡化成(請見圖表)。無需額外的處理來計算實際溫度。

總結(jié)

很多工業(yè)應用需要在系統(tǒng)內(nèi)的多個位置監(jiān)視溫度。不論是為了確保系統(tǒng)可靠性，還是實現(xiàn)部分系統(tǒng)的閉環(huán)控制，對溫度的準確監(jiān)視能實現(xiàn)系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。

遠程溫度傳感器具有其它IC溫度傳感器的全部優(yōu)點，其中包括線性響應、無需校準，以及低功耗。它們可以監(jiān)視多個位置的溫度，而又無需多個信號處理路徑。根據(jù)所選遠程二極管或晶體管，傳感器可以用于不同的裝配配置，而安裝在電路板上的本地溫度傳感器IC在這一點上就相形見絀了。