Sensorschaltungen Simulation und Berechnung der Leistungsdichte
Simulation des Stromverbrauchs der Sensorschaltung und der Ergebnisse der Leistungsdichteberechnung
Bei dieser Konstruktion beträgt der Messfehler des vorbestimmten Messbereichs von 50 ° C bis 100 ° C weniger als -2,8 bis 3,8 ° C. Der angepasste OT-Stromverbrauch und die in der Referenz gezeigten Ergebnisse der Schaltungsleistungssimulation sind in Tabelle 1 gezeigt.
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass der Stromverbrauch des OT mit Stromspiegel erheblich niedriger ist als der der Referenz. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die dynamische Leistungsberechnungsformel p = αVdd2fC des Oszillators anzeigt, dass der Stromverbrauch positiv mit der Frequenz korreliert und der Stromverbrauch durch Verringern der Frequenz erheblich reduziert werden kann.
In direktem Zusammenhang mit der Eigenerwärmung steht die Leistungsdichte, dh der Stromverbrauch pro Flächeneinheit. Der simulierte Stromverbrauch und die Schaltungsfläche der Schaltung können verwendet werden, um die Leistungsdichte der Schaltung basierend auf diesen Ergebnissen zu berechnen. Wie in Tabelle 2 gezeigt, ist aus der Berechnung ersichtlich, dass die Leistungsdichte des OT in dieser Konstruktion nur etwa 45% der Referenzkonstruktion beträgt [2]. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Struktur des Designs die Störung der Selbsterwärmung auf die Messergebnisse wirksam reduziert.
Ergebnisse der Simulation der Hauptparameter der Sensorschaltung
Entsprechend der in 1.1 diskutierten quantitativen Beziehung zwischen Frequenz und Temperatur des Ringoszillators sind Frequenz und Temperatur linear, und die Simulationsergebnisse sind in Abb. 5 dargestellt. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist die Beziehung zwischen Frequenz und Temperatur für verschiedene Prozessecken linear und erfüllt die Konstruktionsanforderungen.
Die temperaturabhängige zeitvariable Impulsbreite, die durch den Erfassungsabschnitt erhalten wird, das Ergebnis der Temperaturmessung, die erhalten wird, nachdem sie durch OT quantisiert und durch zwei Punkte kalibriert wurde, ist in 6 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass der Messfehler des Sensors die Messanforderungen im Temperaturbereich von 50 ° C bis 100 ° C erfüllen kann.
Der gemessene Fehler kann erhalten werden, indem die gemessene Temperatur mit dem Standardtemperaturwert verglichen wird, wie in Fig. 1 gezeigt. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, dass die Temperaturabweichung im Bereich von 50ºC bis 100ºC gering ist und der höchste Fehler nur -2,8ºC beträgt. Es erfüllt die Entwurfsanforderung, dass der Fehler innerhalb des vorgegebenen Messbereichs klein ist.
3 Fazit
In diesem Artikel wird der Einfluss der Temperatur auf die Leistung der Zeitbereichstemperatursensorschaltung entsprechend verbessert. Es gibt zwei Verbesserungen der Hauptschaltung. Der erste besteht darin, den Temperaturkoeffizienten durch Ändern der Transistorgröße des Oszillators des Abtastteils zu verstärken, so dass das Design die Genauigkeitsanforderungen der Anwendung erfüllen kann. Zweitens liegt die Temperaturdrift des OT im steuerbaren Messbereich nahe bei 0, indem die Struktur der OT-Oszillationsschleife verbessert und ein Stromspiegel mit Stromkompensation hinzugefügt wird. Gleichzeitig wird die Schwingungsfrequenz des OT reduziert, wodurch der Stromverbrauch und die Eigenerwärmung der Schaltung reduziert werden. Schließlich wird der Messfehler über den Anwendungstemperaturbereich auf einen akzeptablen Bereich reduziert. Durch den Simulationsvergleich wird die Eigenerwärmung dieses Entwurfs gegenüber der Referenz um mehr als die Hälfte reduziert [2]. Es ist ersichtlich, dass die Verzögerung einzeln mit Temperaturkompensationseffekt zur Verringerung des Messfehlers aufgrund ihrer Vorteile bei zukünftigen Sensoren mehr Aufmerksamkeit erhalten wird.
Bei dieser Konstruktion beträgt der Messfehler des vorbestimmten Messbereichs von 50 ° C bis 100 ° C weniger als -2,8 bis 3,8 ° C. Der angepasste OT-Stromverbrauch und die in der Referenz gezeigten Ergebnisse der Schaltungsleistungssimulation sind in Tabelle 1 gezeigt.
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass der Stromverbrauch des OT mit Stromspiegel erheblich niedriger ist als der der Referenz. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die dynamische Leistungsberechnungsformel p = αVdd2fC des Oszillators anzeigt, dass der Stromverbrauch positiv mit der Frequenz korreliert und der Stromverbrauch durch Verringern der Frequenz erheblich reduziert werden kann.
In direktem Zusammenhang mit der Eigenerwärmung steht die Leistungsdichte, dh der Stromverbrauch pro Flächeneinheit. Der simulierte Stromverbrauch und die Schaltungsfläche der Schaltung können verwendet werden, um die Leistungsdichte der Schaltung basierend auf diesen Ergebnissen zu berechnen. Wie in Tabelle 2 gezeigt, ist aus der Berechnung ersichtlich, dass die Leistungsdichte des OT in dieser Konstruktion nur etwa 45% der Referenzkonstruktion beträgt [2]. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Struktur des Designs die Störung der Selbsterwärmung auf die Messergebnisse wirksam reduziert.
Ergebnisse der Simulation der Hauptparameter der Sensorschaltung
Entsprechend der in 1.1 diskutierten quantitativen Beziehung zwischen Frequenz und Temperatur des Ringoszillators sind Frequenz und Temperatur linear, und die Simulationsergebnisse sind in Abb. 5 dargestellt. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist die Beziehung zwischen Frequenz und Temperatur für verschiedene Prozessecken linear und erfüllt die Konstruktionsanforderungen.
Die temperaturabhängige zeitvariable Impulsbreite, die durch den Erfassungsabschnitt erhalten wird, das Ergebnis der Temperaturmessung, die erhalten wird, nachdem sie durch OT quantisiert und durch zwei Punkte kalibriert wurde, ist in 6 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass der Messfehler des Sensors die Messanforderungen im Temperaturbereich von 50 ° C bis 100 ° C erfüllen kann.
Der gemessene Fehler kann erhalten werden, indem die gemessene Temperatur mit dem Standardtemperaturwert verglichen wird, wie in Fig. 1 gezeigt. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, dass die Temperaturabweichung im Bereich von 50ºC bis 100ºC gering ist und der höchste Fehler nur -2,8ºC beträgt. Es erfüllt die Entwurfsanforderung, dass der Fehler innerhalb des vorgegebenen Messbereichs klein ist.
3 Fazit
In diesem Artikel wird der Einfluss der Temperatur auf die Leistung der Zeitbereichstemperatursensorschaltung entsprechend verbessert. Es gibt zwei Verbesserungen der Hauptschaltung. Der erste besteht darin, den Temperaturkoeffizienten durch Ändern der Transistorgröße des Oszillators des Abtastteils zu verstärken, so dass das Design die Genauigkeitsanforderungen der Anwendung erfüllen kann. Zweitens liegt die Temperaturdrift des OT im steuerbaren Messbereich nahe bei 0, indem die Struktur der OT-Oszillationsschleife verbessert und ein Stromspiegel mit Stromkompensation hinzugefügt wird. Gleichzeitig wird die Schwingungsfrequenz des OT reduziert, wodurch der Stromverbrauch und die Eigenerwärmung der Schaltung reduziert werden. Schließlich wird der Messfehler über den Anwendungstemperaturbereich auf einen akzeptablen Bereich reduziert. Durch den Simulationsvergleich wird die Eigenerwärmung dieses Entwurfs gegenüber der Referenz um mehr als die Hälfte reduziert [2]. Es ist ersichtlich, dass die Verzögerung einzeln mit Temperaturkompensationseffekt zur Verringerung des Messfehlers aufgrund ihrer Vorteile bei zukünftigen Sensoren mehr Aufmerksamkeit erhalten wird.
