摘要：本應(yīng)用筆記介紹了在測(cè)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(cè)量溫度，為了提高測(cè)量精度，Maxim器件將校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)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(duì)應(yīng)于二極管的實(shí)際結(jié)溫，對(duì)于連續(xù)監(jiān)測(cè)溫度變化的系統(tǒng)，可以直接使用溫度讀數(shù)。對(duì)于需要獲得封裝外部溫度的應(yīng)用，需要對(duì)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(duì)特定產(chǎn)品溫度偏差的測(cè)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(chǔ)的校準(zhǔn)系數(shù)的使用，請(qǐng)參考應(yīng)用筆記4296："Measuring Temperature with the MAX1358 Data Acquisition System"。

 

溫度測(cè)量模型

MAX1358/MAX1359/MAX1360的內(nèi)部溫度檢測(cè)器可以測(cè)量?jī)?nèi)部二極管結(jié)的溫度，也可以測(cè)量外部溫度傳感器的溫度，存儲(chǔ)在芯片內(nèi)部的兩個(gè)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(shí)所產(chǎn)生的誤差。上面提到的應(yīng)用筆記4296介紹了測(cè)量、計(jì)算、消除誤差的步驟，可以修正不同器件、不同溫度下的測(cè)量誤差。這種四電流測(cè)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(cè)。


圖1. 利用二極管結(jié)測(cè)量溫度

MAX1358/MAX1359/MAX1360測(cè)量的是內(nèi)部結(jié)溫(圖1)，圖2給出了一個(gè)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(shí)，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(duì)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(cè)量點(diǎn)溫度的差異，這意味著利用器件測(cè)量的TJ只是實(shí)際溫度TEXT的估算值TEST。

值得慶幸的是，可以通過一些簡(jiǎn)單的測(cè)試手段縮小TJ與TEXT之間的誤差。

 

溫差計(jì)算步驟

可以利用一個(gè)簡(jiǎn)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(chǔ)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(jì)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(chǔ)的校準(zhǔn)系數(shù)計(jì)算溫差的修正值

利用修正系數(shù)將測(cè)量值TJ轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度的估算值。

測(cè)量產(chǎn)品的溫差需要兩個(gè)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(shí)際溫度(表格中的A)。實(shí)際溫度由高精度傳感器、測(cè)試儀表，按照測(cè)量步驟得到。根據(jù)A和C可以計(jì)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(cè)量步驟進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，以確保獲得的參數(shù)在不同測(cè)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(duì)每臺(tái)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(chǔ)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(chǔ)到每臺(tái)設(shè)備的非易失存儲(chǔ)器。

最后，利用D值計(jì)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(shí)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(jiǎn)易流程。

請(qǐng)注意如果產(chǎn)品只用于觀測(cè)溫度的變化，則無需執(zhí)行上述流程。例如，只是簡(jiǎn)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。