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二極管怎么在多路復(fù)用進行溫度感測?

   來源:   發(fā)表日期:2021年11月03日    瀏覽次數(shù):325

  有電的地方有熱量,有熱的地方常常需要感應(yīng)溫度(感應(yīng)最廣泛的物理變量)。我們所謂的溫度是對材料熱能的測量,并且有很多傳感器可以測量它,從非常低的成本,有限的范圍到復(fù)雜而專業(yè)的單位。在某些情況下,很難決定使用哪種傳感器,因為有很多可行的選擇,而有時候只有一個或幾個選擇。毫不奇怪,所使用的是預(yù)期溫度本身(高,低和跨度),所需的精度和分辨率,成本(當然)以及其他因素的函數(shù)。

  自從基礎(chǔ)結(jié)點的溫度,電壓和電流之間基于物理學的關(guān)系發(fā)展以來,基本二極管和晶體管的二極管結(jié)已用于溫度感測(參考文獻1)?;叵胍幌履鷮Π雽w器件的介紹,希望您會記住該指數(shù)圖(圖1)。

  

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  圖1:基本二極管結(jié)電流/電壓與溫度的關(guān)系曲線是高度非線性的,可以成為障礙,也可以起到積極的作用。(來源:Meettechniek信息/FreddyAlferink)

  它闡明了正向偏置二極管的經(jīng)典方程式:

  I=Is(eV/ηVT–1)

  其中Is是反向飽和電流,V是二極管的正向壓降,η是理想因子(介于1到2之間的常數(shù)),而VT是二極管的熱電壓,其反過來由下式給出:

  VT=kT/q

  其中TIs是開爾文的絕對結(jié)溫,q是電子電荷,k是玻爾茲曼常數(shù)。

  您可能在想:我已經(jīng)知道了這一點,所以請充分了解物理學。另一方面,如果您不熟悉此方法,則可以在線上進行簡短的復(fù)習或教程。

  二極管結(jié)的這種溫度依賴性既是詛咒又是祝福。當然,這會嚴重影響半導體器件的基本性能,因為電流和電壓會發(fā)生變化,溫度系數(shù)(tempco)是經(jīng)過仔細研究的數(shù)據(jù)表編號。IC設(shè)計人員采用許多巧妙的拓撲結(jié)構(gòu)來最大程度地降低其影響,甚至更好地制定出方案,以便其引發(fā)的變化將使自己被淘汰。

  盡管這種溫度敏感性阻礙了分立器件和IC的性能,但它也可用于溫度感測。許多模擬和數(shù)字設(shè)備都使用基本的片上結(jié)來感應(yīng)自己的芯片溫度,甚至在芯片溫度過高時甚至會要求關(guān)機。這消除了對單獨傳感器的需求,并且是一種自我監(jiān)控的經(jīng)濟高效的解決方案。

  但是,當您要與用作傳感器的多個外部二極管接口時,該接口在復(fù)用和A/D轉(zhuǎn)換方面會變得復(fù)雜。幸運的是,IC供應(yīng)商已經(jīng)意識到使用多個二極管的挑戰(zhàn),并創(chuàng)建了一些獨特的接口來與這些傳感器配合使用。這讓我對MicrochipTechnology最近發(fā)布的EMC1812系列低壓二極管傳感器IC感興趣(圖2)。根據(jù)所選的特定家族成員,這些IC可處理一個至四個外部溫度感測二極管以及一個片上感測二極管。

  

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  圖2MicrochipTechnologyEMC1812系列不僅僅提供與一個或多個二極管作為溫度傳感器的模擬接口;它還包括數(shù)字化,處理器接口和一些基本數(shù)據(jù)分析,以減輕處理器的負擔。(來源:MicrochipTechnology)

  除了提供基本的二極管接口和具有SMBus/I2C兼容接口的數(shù)字化功能以外,該系列的IC還具有更多功能。他們可以執(zhí)行溫度變化率計算,然后在溫度變化率超過用戶設(shè)置的限制時提供先發(fā)警報。它們還包括電阻誤差校正功能,可自動消除由串聯(lián)電阻引起的溫度誤差,從而改善了作為溫度傳感器的二極管性能,從而為熱敏二極管的布線提供了更大的靈活性。它們還集成了β補償功能,以消除由晶體管的低β值和可變β值引起的溫度誤差,這在當前的精細幾何處理器中很常見;并確定最佳的傳感器外部二極管/晶體管設(shè)置。

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