温度传感器

大家好 欢迎回到这部分的TI的工业研讨会 我是Kim 这一节我们讲到的是温度传感器 首先我们看一下温度传感器在智能家居中的一个使用情况 大家可以看看这幅图温度传感器在智能家居中的 使用是非常广泛的 它用在空调 线控器 冰箱 甚至是气表水表 这样的一些产品下 智能家居中温度传感器的测试节点是非常多的 而且它不一定在[听不清]所以总的来讲 在温度传感器的使用和设计中我们面临一些 比较大的挑战主要有以下五个 第一个是 多通道和多节点 第二个是长距离 高精度 非线性 以及低功耗的要求 首先 我们先看一下市场上常规的温度传感器的解决方案 有以下五个 温度IC 热力电阻 RTD 热点控 以及红外检测的模块 那我们重点看一下家电常用的温度IC 以及热敏电阻的方案 大家可以看到由于热能电阻非线性的原因 所以它输出的线性度以及 输出的精准度都是依赖于软件的校准 以及这一个ADC的精度 所以它的输出的线性度以及精度都不是很好 那温度IC因为使用IC内部的补偿 和一些线性化的处理 所以它能在 宽的电压输出范围下能保证一个比较好的线性度以及 输出精度 那从成本来讲呢 两个 成本都相对比较低那我们看一下温度IC 是通过什么样的原理来测试温度的 温度IC实际上是利用了半导体器件内部的[听不清]热效应 去做的[听不清]的VBE电压会在不同的温度下呈现出不同的变化范围 那使用半导体器件的温度IC 能给系统带来什么样的好处首先第一个是精度 由于前面提到的由于内部使用了一些校准 以及做了一些线性化的处理所以它能在输出的时候 保持一个非常好的精度和线性度 最后一个 因为IC使用的是一个标准化的[听不清]的工艺 所以它的一致性能得到非常好的保证 那现在我们看一个实际的设计案例 这个案例是针对远端不在[听不清]极端的检测方案 那这个方案呢我们会遇到几个核心的设计挑战 那首先第一个是长距离 长距离带来的一个最明显的问题就是 干扰长距离的菊花链很容易遭到干扰 它的精度很难得到一个保证 第二个 因为这个距离比较长如果你是用通用的热敏电阻做的采样 那你每个节点都需要两根线去做一个连接 那在很多个节点的情况下 你的线长成为你的成本很重要的一部分 同时在安装下 也是不太容易处理的 那针对这样的应用需求呢TI提供了两个 比较新型的检测方案 那针对第一个 干扰 针对干扰 比较好的解决方案是 我使用数字的温度传感器而不是使用模拟的传感器 我使用数字量来降低造成的干扰 那第二个是多节点和长距离 我们使用了两线制的数字方案或者[听不清]的数字方案 去给系统做一些优化和重合 通过减少线来降低系统的成本 那大家可以看到我们有两个解决方案 第一个是 基于脉冲技术型的两线制的数字温度传感器解决方案 LMT01 另一个是基于菊花链式的温度传感器方案 TMP107 首先我们来看看LMT01它的数字的脉冲技术型的接口 它的测量温度范围是256度到﹣50度的 一个长范围 温度测量的一个精度呢是 4096 12位的一个精度 大家可以看到它的硬件接口图 它能支持2米以上的一个线长 只是需要两个IO或普通的接口 去做的一个数字接口方案 它是通过温度检测和转换之后 以数字脉冲的形式进行输出的 方式来实现两线制的 LMT01在正常工作的时候呢 需要输出脉冲时 是控制这一个 经过采样电阻上的一个电流 去实现高精电频的传输 那驱动的电流分别是34个微安 和125个微安 它有54个毫秒的一个转换时间 然后4.96个脉冲输出 最长是有50个毫秒 可以实现连续的采样输出 采样输出 这样的一个过程 那接下来我们看下TMP107 那TM107是一个菊花链的连接方式 可以一级级往后 连接非常多的节点 那在这样的一个连接结构底下 地址的一个编制是最重要的 我们可以看下TMP107是如何实现这样的一个功能 首先是MCP向低一级的TMP107发出 一个取地址的命令 然后第一个节点响应了我的主机之后 它会把这个命令向下一级的节点传输 同时使它的地址自动加一 第二个节点跟第一个节点一样响应了我的主节点的信号之后呢 也会把加一往下传 一级一级往下传 传到最后一级的传感器 那当这个设计者的命令 设定完成后 每个节点 都能感知它在总线上的一个位置 那主机 以点名的方式点到任何节点上的一个温度信息 然后其它不是本地址节点的 它是以透传的方式呢 直接连接在我的MCU上 在这里可以看到 LMT01 它有工业级和常规级的两个版本 能支持到2米的一个线 那同时在-20度到90度的常规范围下呢 可以保证有0.5度的一个精度 那TMP107呢是一个 在-20度到70度范围内 能保证正负0.4度的一个高精度的温度传感器方案 那它具有一些特性就是 自编制 长距离 多节点的一个检测 能高达300米 同时独特的接口 可以用窗口去驱动 下面是TI关于这个数字接口的 温度传感器的一个路标 大家可以看到 我们有两个主体部分 第一个是针对板极的部分 我们有SPI的一些接口 和I2C的接口 可以支持板级的数字温度采样 那基于远端长距离的我们刚才介绍的有 TMP107以及LMT01这两个 方案 那目前马上要量产的是TMP116 它是0.2度的一个温度传感器 是目前市场上数字化接口的温度传感器中 精度最高的一个方案 那除了数字接口的温度传感器之外 TI也在做模拟接口的温度传感器 但如何快速开启我们温度传感器的一些设计方案呢 TI提供了大量的参考设计 比如TIDA-00800 是一个菊花链的温度传感器的传感设计 使用的是我们刚才介绍的TMP107 这个传感器设计支持的是四个温度节点的一个长距离检测 形成一个菊花链 那客户可以方便地申请这样的一个参考设计 直接在你的系统上做一些评估 或者是TIDA-00824 这是一个可穿戴式的 一个应用参考设计 那它使用的是LMT70 LMT70能实现优于0.1度的一个 精度的一个方案 那还有一个就是在线资源 大家可以在一个在线的论坛 参考设计以及TI Design上找到一些相关的 一个设计资源 谢谢大家