Engineer It 系列：何时使用模拟温度传感器与热敏电阻

嗨，我是 Brian Gosselin，是德州仪器 (TI) 集成信号链产品线的一名 应用工程师。 我今天在此向大家介绍一下模拟温度传感器 并将其与NTC 热敏电阻进行比较。 由于 NTC 热敏电阻成本低， 且可用的封装选项多种多样， 因而常用于该行业。 但今天，我在此和大家聊一聊 你们可能想要在模拟温度传感器内进行设计， 而非 NTC 热敏电阻的原因。 我们先将模拟温度传感器 和 NTC 热敏电阻的输出电压和温度 进行比较。 当与 ADC 进行交互时这一点非常重要， 因为你想要确保ADC 可以检测到 温度变化。 下面我将具体说明。 为了使输出线性化， NTC 热敏电阻要求使用电阻网络， 因为电阻第一温度特征是呈指数增长的。 我右侧展示的NTC 热敏电阻网络 为简单的分压器电路， 其偏置电阻器位于顶部， 而 NTC 热敏电阻位于底部。 注意，电路的输出电压 是整个 NTC 热敏电阻的电压。 在这张图上，y 轴是输出电压， 单位为伏特，x 轴是温度， 单位为摄氏度。 黄色、蓝色、绿色曲线 均为额定电流为100 千欧姆、 温度为 25 摄氏度的NTC 热敏电阻的输出电压和温度曲线 对比。 这些曲线之间的区别 为偏置电阻器的值。 黄色为 100 千欧姆，蓝色为 30 千欧姆， 绿色为 10 千欧姆。 可以看到，如果您调整了偏置电阻器的值， 就能从本质上调整曲线的线性部分。 请注意，这些曲线在低温和高温时 开始饱和。 这是工程师们在使用热敏电阻时 面对的一个问题。 由于接口 ADC 的分辨率 不足以检测每摄氏度 输出电压的变化， 低温和高温饱和可能引起温度错误。 因此，工程师们可能不得不使用更高分辨率的 ADC 对该错误作出解释。 由于模拟温度传感器有着几乎线性的输出， 因此不会出现这个问题。 例如，你可以看到在图中， 德州仪器 LMT87模拟温度传感器 在装置 -50 至 150 摄氏度的整个工作范围内 提供几乎线性的输出。 当与 ADC 交互时，模拟温度传感器 在整个工作温度范围内趋于 更加准确。 需要注意的另一点是，模拟温度传感器 并不要求额外的组件， 如电阻网络，而 NTC 热敏电阻是需要电阻网络的。 这一点很重要，因为额外的组件 增加了整体感温解决方案的 成本和封装。 现在，让我们看看模拟温度传感器 和 NTC 热敏电阻的电源电流比较。 电源电流十分重要，因为与 整体感温解决方案耗散的 电量直接相关。 我们来看看。 在这张图上，y 轴上是电源电流， 单位为微安，x 轴上是温度，单位为摄氏度。 您将看到 LMT87 的典型值为 5.4 微安，最大值为 9 微安， 而 NTC 热敏电阻网络电源电流要高得多， 且温度变化很大。 因此，NTC热敏电阻趋于 比模拟温度传感器耗散更多的电量。 如果使用 NTC热敏电阻，工程师们 需要考虑自加热效应，因为后者 会导致更多误差。 请注意，如果增加偏置电阻器的电阻， NTC 热敏电阻网络的电源电流将会 下降。 但是，请记住为了使输出电压与温度对比的曲线 在想要的温度范围内为线性， 我们还选择了偏置电阻器。 您可以看到，这是工程师 在使用 NTC 热敏电阻时必须考虑的 一种折衷方案。 通过使用 作为在整个工作温度范围内具有相当恒定的低电源电流 和几乎线性的输出电压的模拟温度传感器， 这是可以忽略的又一 问题。 我们是如何提出这些数据的呢？ 我设计了一种可以将NTC 热敏电阻网络 和 TI 的 LMT87 模拟温度传感器进行比较的测试端口。 我们能够通过使用我身后设置的[听不清] 来记录数据。 最后我想提到的 是输出阻抗。 与模拟温度传感器相比，NTC 热敏电阻趋于 具有更大的输出抗阻。 当与 ADC 进行交互时，确保 ADC 可以处理 NTC热敏电阻的 输出抗阻，是十分重要的。 如果输出抗阻太大， 可能需要缓冲器。 由于模拟温度传感器输出抗阻小， 不需要缓冲器，因此这是它的 一个优点。 有关 LMT87 和其他模拟温度传感器 以及技术讨论的更多信息， 请点击