摘要：本應(yīng)用筆記介紹了在測量芯片外部溫度的情況下，優(yōu)化MAX1358/MAX1359/MAX1360數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)溫度讀數(shù)精度的解決方案。

 

引言

MAX1358/MAX1359/MAX1360數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)置二極管結(jié)溫度傳感器，利用二極管的I-V特性測量溫度，為了提高測量精度，Maxim器件將校準(zhǔn)系數(shù)存儲在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)部，修正讀數(shù)誤差，以獲得最高精度。

溫度讀數(shù)對應(yīng)于二極管的實際結(jié)溫，對于連續(xù)監(jiān)測溫度變化的系統(tǒng)，可以直接使用溫度讀數(shù)。對于需要獲得封裝外部溫度的應(yīng)用，需要對讀數(shù)進(jìn)行調(diào)整才能得到更準(zhǔn)確的數(shù)值。

本應(yīng)用筆記介紹了對特定產(chǎn)品溫度偏差的測量以及利用偏差值進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。關(guān)于器件內(nèi)部存儲的校準(zhǔn)系數(shù)的使用，請參考應(yīng)用筆記4296："Measuring Temperature with the MAX1358 Data Acquisition System"。

 

溫度測量模型

MAX1358/MAX1359/MAX1360的內(nèi)部溫度檢測器可以測量內(nèi)部二極管結(jié)的溫度，也可以測量外部溫度傳感器的溫度，存儲在芯片內(nèi)部的兩個常數(shù)(m、b)用于修正內(nèi)部二極管結(jié)溫的變化以及其它電路偏離理想狀態(tài)時所產(chǎn)生的誤差。上面提到的應(yīng)用筆記4296介紹了測量、計算、消除誤差的步驟，可以修正不同器件、不同溫度下的測量誤差。這種四電流測量方法適用于芯片內(nèi)部和外部二極管結(jié)溫傳感器的檢測。


圖1. 利用二極管結(jié)測量溫度

MAX1358/MAX1359/MAX1360測量的是內(nèi)部結(jié)溫(圖1)，圖2給出了一個常見的與結(jié)溫TJ相關(guān)的模型，圖中TA為環(huán)境溫度、TC為管殼溫度。


圖2. 結(jié)溫和環(huán)境溫度模型

該模型中，將溫度特性轉(zhuǎn)換成等效電路。(注：芯片在工廠校準(zhǔn)時，工廠可以將芯片置于恒溫油槽，將TA和TC強(qiáng)制在相同溫度對芯片進(jìn)行校準(zhǔn)。)


圖3. 產(chǎn)品的溫度模型

一旦芯片安裝在電路板上(圖3)，MAX1358/MAX1359/MAX1360的TJ將取決于以下因素：

• PCB溫度
• PCB周圍的環(huán)境溫度
• EP與PCB之間的導(dǎo)熱性
• MAX1358/MAX1359/MAX1360的功耗
• PCB的耗散功率
• 產(chǎn)品工作的環(huán)境溫度
• 封裝與周圍環(huán)境的隔熱層

上述因素直接影響MAX1358/MAX1359/MAX1360內(nèi)部溫度TJ與MAX1358/MAX1359/MAX1360外部測量點(diǎn)溫度的差異，這意味著利用器件測量的TJ只是實際溫度TEXT的估算值TEST。

值得慶幸的是，可以通過一些簡單的測試手段縮小TJ與TEXT之間的誤差。

 

溫差計算步驟

可以利用一個簡單流程修正產(chǎn)品規(guī)格的偏差，下面的工作表(圖4)給出了修正流程。

修正系數(shù)(GS、OS)儲存在MAX1358/MAX1359/MAX1360內(nèi)部(TEMP_CAL寄存器)，可通過SPI™總線從芯片內(nèi)部讀取這些數(shù)值。利用下式計算修正后的數(shù)據(jù)：

TESTIMATE (°C) = TMEAS (°C) × GS + OS (°C)


下載Excel文件
圖4. 根據(jù)存儲的校準(zhǔn)系數(shù)計算溫差的修正值

利用修正系數(shù)將測量值TJ轉(zhuǎn)換為實際溫度的估算值。

測量產(chǎn)品的溫差需要兩個參數(shù)：MAX1358/MAX1359/MAX1360估算的溫度值(上述表格中的C)和產(chǎn)品外部的實際溫度(表格中的A)。實際溫度由高精度傳感器、測試儀表，按照測量步驟得到。根據(jù)A和C可以計算出D值，產(chǎn)品的溫差。通常D在0°C到+6°C之間。

需要按照測量步驟進(jìn)行重復(fù)測試，以確保獲得的參數(shù)在不同測試環(huán)境、同一系列的儀器下保持穩(wěn)定。如果不能得到穩(wěn)定的溫差值，則需針對每臺設(shè)備提供定制參數(shù)。能夠獲得穩(wěn)定參數(shù)的情況下，可以將數(shù)值直接存儲到硬件電路，以便固件調(diào)用。如果不能得到穩(wěn)定的數(shù)值，則需在生產(chǎn)過程中將數(shù)值存儲到每臺設(shè)備的非易失存儲器。

最后，利用D值計算外部溫度K，所得結(jié)果是校準(zhǔn)后的數(shù)值，溫差讀數(shù)用于估算實際產(chǎn)品的外部溫度。

 

總結(jié)

本文給出了提高M(jìn)AX1358/MAX1359/MAX1360內(nèi)部溫度傳感器讀數(shù)精度的簡易流程。

請注意如果產(chǎn)品只用于觀測溫度的變化，則無需執(zhí)行上述流程。例如，只是簡單地希望通過溫度的升或降來觸發(fā)其它的功能。這種情況下，無需考慮偏差情況。