對于要求測量多點(diǎn)溫度的應(yīng)用,方案選擇更為復(fù)雜。將熱敏電阻或傳統(tǒng)的模擬傳感器放置在合適的位置,并連接至ADC輸入端,前提是ADC必須具備足夠的輸入端。作為另外一種選擇,MAX6575能夠直接將溫度數(shù)據(jù)傳給μC,并且最多可以將八個MAX6575掛在同一條μC的I/O輸入上。只需一條簡單的I/O線將8只MAX6575連接至μC即可(圖3)。測量溫度時,μC短暫地拉低I/O線,經(jīng)過短時間延時后,第一片MAX6575拉低I/O線。這個延時正比于絕對溫度值,比例常數(shù)可通過MAX6575的兩個引腳設(shè)定。
圖3. 采用延時方式編碼溫度信息,最多至8片MAX6575可通過一個數(shù)字I/O引腳將8個溫度信息傳送給μC。
第一個傳感器將信號線拉低,并保持一個正比于溫度(5μs/°K)的間隙后釋放。第二片MAX6575通過編程引腳選擇為更大的延時系數(shù),經(jīng)過第二個延時時間后拉低I/O線并保持一段由5μs/°K常數(shù)決定的間隔。按照這種方式,四片MAX6575被連接到一條I/O線上。除此之外,還可在同一條I/O線上加掛另外四片更長延時的MAX6575。MAX6575L的延時系數(shù)介于5μs/°K至80μs/°K,MAX6575H的延時系數(shù)介于160μs/°K至640μs/°K之間。這樣,多達(dá)8片MAX6575能夠安裝在系統(tǒng)周圍的不同位置,通過一條I/O線連接至μC。
對于有些系統(tǒng),并不需要知道精確的溫度值,只要了解溫度是否高于或低于某特定值即可。該信息用來觸發(fā)風(fēng)扇、空調(diào)、加熱器或其它環(huán)境控制單元。在系統(tǒng)保護(hù)應(yīng)用中,“過溫位”用來觸發(fā)有序的系統(tǒng)停機(jī),避免系統(tǒng)電源切斷造成數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)然,這個單位信息也可以通過上例所述的溫度測量來得到,但相對于這個簡單功能來講上述方法所需的軟件和硬件開銷過多。
用一個電壓比較器取代圖1中的ADC,產(chǎn)生的1位輸出可驅(qū)動μC的一個I/O引腳(圖4)。同樣,圖中的熱敏電阻也可以由模擬電壓輸出的溫度傳感器代替。大多數(shù)此類器件的輸出電壓與溫度的關(guān)系與電源電壓無關(guān)。為避免電源電壓變化的影響,將比較器的電阻分壓器頂端連接至電壓基準(zhǔn)而非電源電壓。
圖4. 將傳感器和比較器相結(jié)合,產(chǎn)生的1位數(shù)字輸出能夠警告μC溫度變化超出了預(yù)先規(guī)定的門限值。
如果將傳感器-比較器組合電路替換為溫度開關(guān),如MAX6501,則系統(tǒng)得到進(jìn)一步簡化。這種單片器件結(jié)合了傳感器、比較器、電壓基準(zhǔn)和外部電阻等多種功能。當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)門限時,漏極開路輸出變低。該系列中還有一些器件在溫度低于設(shè)定門限時開漏輸出變低(MAX6503),另外一些為推/挽式輸出,在溫度高于或低于設(shè)定門限時輸出變高(MAX6502,圖5,或MAX6504)。此外,通過一個引腳接V+或接地,可設(shè)置2°C或10°C的滯回?,F(xiàn)有的門限溫度介于-45°C至+115°C之間,間隔10°C。
圖5. 當(dāng)溫度超出預(yù)設(shè)的門限值時,MAX6502產(chǎn)生邏輯高輸出。
正如MAX6575一樣,也可以將多片MAX6501或MAX6503連接到單條I/O線上,當(dāng)一點(diǎn)或多點(diǎn)的溫度越過門限時通知μC。如果系統(tǒng)必須知道哪些位置溫度越限,則每個開關(guān)必須連接到單獨(dú)的I/O引腳。
上述傳感器測量的是其自身管芯的溫度,由于管芯溫度接近于引線溫度,所以每個傳感器必須安置在與被監(jiān)視元件有良好熱耦合的位置。然而,有些情況下,必須監(jiān)測的溫度無法緊耦合至傳感器—例如功率ASIC,其管芯要比四周電路板熱得多。采用一個內(nèi)置的溫度傳感器可以使ASIC出現(xiàn)過熱故障時關(guān)斷,但這種方法仍然不夠精確,并且不能在故障出現(xiàn)前給系統(tǒng)提供警告信息。
給ASIC管芯增加一個可外部連接的p-n結(jié)就能夠直接測量管芯溫度,只需給其施加兩種或兩種以上的正向電流,并分別測出結(jié)電壓。兩電壓之差正比于管芯絕對溫度:
其中,I1和I2是施加于p-n結(jié)的正向電流,V1和V2是相應(yīng)的正向結(jié)電壓,k是波耳茲曼常數(shù),T是絕對結(jié)溫(單位為開爾文),q是電子電荷。
但是,這種測量方法需要產(chǎn)生精密電流比和測量微小電壓差的精密電路,同時還要克服功率ASIC管芯因大幅電平跳變帶來的噪聲。令人欣慰的是,Maxim的遠(yuǎn)端結(jié)溫傳感器已將這些精密的模擬單元和簡單靈活的數(shù)字接口集成起來了。
MAX6575應(yīng)用電路
- 傳感器(738419)
- adc(538836)
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