作者：Andy Jenkins and Jeff Lewis

　　TMP03 是單片硅芯片上的完整溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該器件包括一個(gè)硅基傳感器,、內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源和 Σ-Δ A/D 轉(zhuǎn)換器,，適合采用 3 引腳（電源、公共和輸出）TO-92 晶體管封裝,。其數(shù)字輸出為低頻可變占空比串行數(shù)據(jù)流,，可通過集電極開路供電，提供 5mA 灌電流,。配套產(chǎn)品 TMP04 完全相同,，但具有兼容 CMOS/TTL 的輸出。+1 V（3.5至4 V范圍）時(shí)的靜態(tài)功率要求為5.7 mA,。

　　圖1.TMP03 / TMP04 及其 Σ-Δ 調(diào)制器的功能框圖

　　將整個(gè)溫度至數(shù)字鏈集成到單個(gè)芯片上可節(jié)省空間,、設(shè)計(jì)時(shí)間和資金。此外,，數(shù)字輸出和少量引線提高了可靠性,，并大大簡化了隔離和遠(yuǎn)程操作。誤差源越少,，誤差預(yù)算的計(jì)算就越容易,。TMP03 的數(shù)字輸出允許輕松構(gòu)建多通道系統(tǒng)（其他傳感器共享一個(gè)單通道低成本數(shù)字多路復(fù)用解碼器）。我們的 TMP03 評(píng)估板是低成本多通道溫度采集的一個(gè)例子,。

　　TMP03 的典型應(yīng)用存在于“無處不在”,；一些示例包括隔離傳感器、環(huán)境控制系統(tǒng),、計(jì)算機(jī)熱監(jiān)控,、熱保護(hù)、工業(yè)過程控制和電源系統(tǒng)監(jiān)視器,。

　　設(shè)備說明：ADI公司的帶隙基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生恒定電壓和PTAT（與絕對(duì)溫度成比例）電壓,。在TMP03中，它們用作一階Σ-Δ調(diào)制器的輸入,。器件輸出為35 Hz（標(biāo)稱）精確標(biāo)記空間調(diào)制數(shù)字信號(hào),，對(duì)頻率不敏感,。TTL/CMOS 兼容輸出允許 TMP03 直接連接到標(biāo)準(zhǔn)邏輯。

　　因此,，TMP03 和 TMP04 非常適合直接連接到微控制器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸入端口和可編程邏輯陣列,。TMP04 提供高輸出電流邏輯輸出，能夠驅(qū)動(dòng) 1000 pF 的負(fù)載電容,，開關(guān)邊沿定義損耗最小,。

　　系統(tǒng)規(guī)格：由于 TMP03/TMP04 是完全獨(dú)立的，因此其規(guī)格接近最終系統(tǒng)規(guī)格,。TMP03/04 的單一溫度精度規(guī)格結(jié)合了傳感器傳遞函數(shù),、信號(hào)調(diào)理和轉(zhuǎn)換引起的誤差。典型精度（-25至+100°C）在1.5%以內(nèi)（最大值為4%）,，非線性度為0.5°C,，電源靈敏度為0.7°C/V（最大值為1.2°C/V）。該器件的工作溫度范圍為 -55°C 至 +150°C,。

　　遠(yuǎn)程操作： 傳統(tǒng)的低電平電壓輸出溫度傳感器的輸出,，當(dāng)位于遠(yuǎn)端時(shí)，將不可避免地由于噪聲拾取和/或歐姆損耗而遭受信號(hào)衰減和錯(cuò)誤,。一些傳感器方案依靠模擬輸出調(diào)理來產(chǎn)生用于長距離傳輸?shù)碾娏鬏敵觯ɡ?，傳統(tǒng)的4-20 mA電流環(huán)路）。電流輸出消除了歐姆信號(hào)損耗,，但額外的級(jí)在誤差預(yù)算計(jì)算中增加了另一個(gè)項(xiàng),。

　　TMP03/04 設(shè)計(jì)的數(shù)字輸出格式允許該溫度傳感器遠(yuǎn)離主機(jī)系統(tǒng)，而不會(huì)降低系統(tǒng)精度,；35Hz 低頻輸出進(jìn)一步確保長距離數(shù)據(jù)完整性,。TMP03 與其主機(jī)之間的電纜電容當(dāng)然會(huì)繞過方波輸出的上升沿和下降沿，但相對(duì)于 29ms 時(shí)鐘周期,，微秒級(jí)的延遲會(huì)增加可以忽略不計(jì)的誤差,。在大多數(shù)應(yīng)用中，溫度是一個(gè)緩慢變化的變量,，35 Hz載波對(duì)測量動(dòng)態(tài)精度幾乎沒有影響,。

　　如果選擇100 ×更高的輸出頻率，例如3 kHz,，則輸出電路需要將高電流驅(qū)動(dòng)到負(fù)載電容中,，以保持邏輯轉(zhuǎn)換的短時(shí)間令人接受；上升和下降時(shí)間之間1 ms的不對(duì)稱性會(huì)增加約1°C的誤差,。高輸出電流要求也會(huì)增加所需的電源電流,。高頻、低電平傳感器輸出的替代解決方案：即，添加本地RS-232（或RS-485）接口來驅(qū)動(dòng)長電纜,，再次增加所需的遠(yuǎn)程供電電流,。

　　下表比較了基于 TMP03 的溫度測量系統(tǒng)中的誤差源與基于傳統(tǒng)模擬溫度傳感器的系統(tǒng)中的誤差源：

　　TMP03 中的誤差預(yù)算計(jì)算只需要兩個(gè)項(xiàng)：數(shù)據(jù)手冊(cè)溫度測量誤差規(guī)范和外部數(shù)字解碼電路的量化誤差。電子表格計(jì)算可用于為外部數(shù)字解碼電路選擇所需的計(jì)數(shù)器分辨率,。12位數(shù)字計(jì)數(shù)器解碼方案僅引入0.5°F量化誤差。

　　TMP03 輸出解碼：TMP03 傳感器使用標(biāo)記空間比調(diào)制（圖 2）,，體現(xiàn)了關(guān)系

　　其中 TH和 TL是方波輸出的高低周期,。

　　圖2.標(biāo)記空間比調(diào)制方波輸出

　　使用基本的 TMP03 傳感器誤差規(guī)格，測量 T 時(shí)引入的誤差H和 TL是確定系統(tǒng)精度所需的唯一其他參數(shù),。例如,，如果 TH和 TL使用 125kHz 時(shí)鐘頻率和 12 位計(jì)數(shù)器進(jìn)行測量，由方波輸出的邊緣選通,，量化誤差小于 0.5°F,。 TH和 TL可以使用分立計(jì)數(shù)器、可編程邏輯陣列或帶有板載定時(shí)器/計(jì)數(shù)器端口的微處理器方便地進(jìn)行測量,。如果需要絕對(duì)溫度,，可以使用微處理器或PC進(jìn)行計(jì)算。下表顯示了用于建立 T 的典型計(jì)數(shù)器分辨率H和 TL值,，以及各種時(shí)鐘速率下的關(guān)聯(lián)誤碼值,。TMP03/TMP04 數(shù)據(jù)手冊(cè)中描述了計(jì)算方法。

　　表 1.計(jì)數(shù)器大小和時(shí)鐘頻率對(duì)量化誤差的影響

　　評(píng)估板使用125 kHz頻率,；它允許溫度測量溫度高達(dá)85°C（加上~10°C的超量程）,，并提供大約0.3°C的分辨率。

　　圖3.TMP03 評(píng)估板框圖

　　TMP03 設(shè)計(jì)示例 - 評(píng)估板：使用可編程邏輯器件構(gòu)建了一個(gè)溫度測量系統(tǒng),，用于輸入多路復(fù)用（TMP03信號(hào)）并導(dǎo)出TH和 TL,、一個(gè) 5V RS-232 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)最多可容納 03 個(gè) TMP3 的連接器（圖 8）。這種 03 通道溫度測量系統(tǒng)連接到與 IBM 兼容的個(gè)人計(jì)算機(jī)的串行端口,，并允許從遠(yuǎn)程安裝的 TMP<> 傳感器收集和記錄溫度數(shù)據(jù),。PC選擇溫度傳感器，記錄數(shù)據(jù)并執(zhí)行溫度計(jì)算,。

　　PC首先發(fā)送通道選擇字節(jié),。來自 TMP03 的數(shù)字編碼溫度信息（TH/TL方波）使用可編程邏輯器件進(jìn)行解碼，并將TH和 TL計(jì)數(shù)值以串行方式發(fā)送到 PC,。計(jì)算機(jī)使用公式1計(jì)算溫度,。基于 Windows 的軟件包提供了一個(gè)圖形界面來顯示數(shù)據(jù),，并允許用戶將數(shù)據(jù)保存到磁盤,。圖 4 顯示了解碼器架構(gòu)的功能框圖。

　　圖4.評(píng)估板的解碼器架構(gòu)

　　這些功能塊在可編程邏輯器件（ICT， Inc. PA7140 PEEL 陣列）中實(shí)現(xiàn)：用于通道選擇的傳感器地址寄存器,；兩個(gè) 12 位定時(shí)器 TH和 TL量化）,；串行數(shù)據(jù)檢測和同步，用于傳輸?shù)絇C;輸出串行 TH和 TL計(jì)數(shù)數(shù)據(jù),；傳感器開路/短路檢測器,。

　　本來可以使用微控制器，但I(xiàn)CT PEEL陣列作為系統(tǒng)控制設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢：

　　易于開發(fā),、原型制作,、仿真和調(diào)試，降低開發(fā)和生產(chǎn)成本,。

　　在確定性,、寄存器豐富的并行硬件架構(gòu)中精確控制時(shí)序

　　無需外部數(shù)字多路復(fù)用器即可容納八個(gè)傳感器。通過使用所需數(shù)量的數(shù)字多路復(fù)用器或可編程邏輯器件,，可以添加更多通道,。例如，一個(gè) 144 通道的系統(tǒng)將使用 10 個(gè)外部 PLD,。

　　TMP03 提供了“易于設(shè)計(jì)”的溫度采集系統(tǒng)功能,。憑借其多路復(fù)用評(píng)估板的低成本和易于擴(kuò)展的特點(diǎn)，從遠(yuǎn)程工業(yè)溫度檢測到家庭溫度檢測的應(yīng)用現(xiàn)在都具有成本效益,，因?yàn)槊客ǖ莱杀镜颓乙子诩?。由于易于設(shè)計(jì)和規(guī)格，上市時(shí)間很短,。

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