So loesen Sie das Problem der Temperaturer fassung von - 55 bis 200 ° C einfach mit dem IC-Temperatursensor
Seit dem Aufkommen integrierter Schaltkreise sind IC-Temperatursensoren Teil des Gerätedesigns. Entwickler haben versucht, die Auswirkungen der Temperatur auf das Chipsystem zu reduzieren, und integrierte Temperatursensoren haben die meisten Probleme im Temperaturbereich von -55 bis 200 ° C leicht gelöst. Die neueste Generation von Temperatursensoren erreicht eine Genauigkeit von ± 0,4 ° C in einem 0,76 mm2-Gehäuse.
Seit dem Eintritt in die Ära des IC-Designs sind Temperatursensoren für integrierte Schaltkreise (IC) versehentlich Teil des Gerätedesigns geworden. IC-Designer haben Drehungen und Wendungen erlebt, um die Auswirkungen der Temperatur auf das Chipsystem zu minimieren. Als sich die Spitzenschaltung drehte, hatte ein IC-Designer plötzlich eine wunderbare Idee: Warum nicht aktiv das Temperaturverhalten von pn-Übergängen der aktiven Schaltung ausnutzen, anstatt sich darauf zu beschränken, Ihr Gehirn zu zerbrechen, um seine Auswirkungen zu minimieren. Und die digitalen Funktionen, die in denselben Chipdesigner integriert sind, sind das weit geöffnete Hirnloch, es ist ihre Geburtsstunde für den aktuellen Temperatursensor-IC. Der integrierte Temperatursensor löst problemlos die meisten Herausforderungen bei der Temperaturerfassung im Temperaturbereich von -55 bis 200 ° C.
Eingang
Der Eingang zum Temperatursensor-IC ist die Umgebungstemperatur. Mit anderen Worten, die Umgebungstemperatur um das Gehäuse ändert das Verhalten des internen Transistors (Abbildung 1).
Abbildung 1: Diese konzeptionelle Schaltung zeigt, wie ein angepasster Transistor die Temperatur erfasst.
Das Design der Temperaturerfassung eliminiert die Auswirkungen des Transistorsättigungsstroms (IS) durch clevere Konfiguration und Berechnungen. Der Sättigungsstrom kann leicht unter Verwendung einer Konstantstromquelle (IC) und eines Schalters zwischen dem Transistor und dem äquivalenten Transistorarray gesteuert werden.
In Abbildung 1 sehen wir, wie leicht der Unterschied zwischen VBE und VBE (N) Temperaturänderungen entspricht. Formel
(1) zeigt den Wert der Transistor-Basis-Emitter-Spannung VBE.
Formel 1)
darunter:
k ist eine Boltzmann-Konstante von 1,38 × 10 –23 J / K;
q ist gleich 1,6021765 × 10-19C;
T ist die Temperatur in K.
Gleichung (2) zeigt den VBE (N) -Wert des Basisemitters vieler paralleler Transistoren.
Formel (2)
Wenn der Stromquellen-IC von einem Pin zum anderen geschaltet wird, zeigt Gleichung (3) die Differenz zwischen den beiden Basis-Emitter-Spannungen.
Formel (3)
Durch Berechnung wird geschlossen, dass:
Konstante = k × ln (N) / q oder 86,25 × 10-6 × ln (N).
Konzeptionell wissen Sie, wie Sie die Temperatur auf IC-Ebene schnell messen können. An der Schaltung in Abbildung 1 wurden einige Verbesserungen vorgenommen, wobei die Genauigkeit der IC-Temperaturerfassung bis zu ± 0,4 ° C betrug.
Ausgabe
Nachdem wir genaue Temperaturwerte haben, ist es wichtig, diesen endgültigen Wert der Außenwelt zu präsentieren. Es gibt zwei grundlegende Möglichkeiten, Temperaturdaten anzuzeigen:
analoge Spannung oder digitale Werte.
Der analoge Spannungsausgang ist sehr gut lesbar. Mit dem entsprechenden Temperaturfühler können Sie ein analoges Signal erfassen und in eine digitale Darstellung umwandeln oder zu einem Punkt in der Schaltung zurückmelden.
Die digitale Ausgangsfähigkeit des Temperatursensors ist interessanter, da viele Ausgangstypen verfügbar sind, hauptsächlich jedoch 1-Draht-, 2-Draht- oder 3-Draht-Ausgänge.
Der 1-Draht-Digitalausgang liefert pulsbreitenmodulierte (PWM) Impulszählsignale oder einfache Schwellen- / Schaltsignale. Diese beiden Signale sind in Lüftersteuerkreisen nützlich. Der 2-Draht-Digitalausgang liefert ein I2C- oder SMBus-Signal. Das digitale Ergebnis ist ein Nebenprodukt des internen Analog-Digital-Wandlers. Sie können auch digitale Ausgänge sehen, die Schwellentemperaturen und mögliche Fehlerzustände darstellen. Der 3-Draht-Digitalausgang bietet eine SPI-Schnittstelle.
Verpackung von Temperatursensoren auf Waferebene
Jedes Produkt hat einen Entwicklungsprozess von rau bis fein, und die Temperatursensorserie wird ständig verbessert. Diese Produktlinie wird als nächstes einen großen Durchbruch in der Größe des Gerätepakets erzielen. Die neuesten Temperatursensorgehäuse sind in einem Wafer Level Package (WLP) verpackt.
1998 entwickelten Sandia National Laboratories und Fujitsu WLP. Die Verpackung wurde vor dem Würfelvorgang auf Waferebene hergestellt und zusammen mit der Standard-Oberflächenmontagetechnologie (SMT) zusammengebaut.
Diese Verpackungstechnologie bringt eine ultrakleine Verpackungsform und niedrige θ-Übergangsumgebungswerte. Die Größe dieser Generation von Temperatursensoren stellt den Standardkondensator mit 0,1 μF in einem Standardgehäuse von 0603 in den Schatten (Abbildung 2).
Abbildung 2: Der WLP-Temperatursensor (U1 / MAX31875) ist kleiner als der 0,1 μF-Kondensator (C1) des SMT.
Am Esstisch
Da das neue Paket klein ist, können Sie den Temperatursensor wie Salz und Pfeffer beim Abendessen auf der Leiterplatte platzieren. Die neueste Generation von Temperatursensoren erreicht eine Genauigkeit von ± 0,4 ° C in einem Gehäuse, das nur 0,76 mm2 PCB-Fläche einnimmt.
Seit dem Eintritt in die Ära des IC-Designs sind Temperatursensoren für integrierte Schaltkreise (IC) versehentlich Teil des Gerätedesigns geworden. IC-Designer haben Drehungen und Wendungen erlebt, um die Auswirkungen der Temperatur auf das Chipsystem zu minimieren. Als sich die Spitzenschaltung drehte, hatte ein IC-Designer plötzlich eine wunderbare Idee: Warum nicht aktiv das Temperaturverhalten von pn-Übergängen der aktiven Schaltung ausnutzen, anstatt sich darauf zu beschränken, Ihr Gehirn zu zerbrechen, um seine Auswirkungen zu minimieren. Und die digitalen Funktionen, die in denselben Chipdesigner integriert sind, sind das weit geöffnete Hirnloch, es ist ihre Geburtsstunde für den aktuellen Temperatursensor-IC. Der integrierte Temperatursensor löst problemlos die meisten Herausforderungen bei der Temperaturerfassung im Temperaturbereich von -55 bis 200 ° C.
Eingang
Der Eingang zum Temperatursensor-IC ist die Umgebungstemperatur. Mit anderen Worten, die Umgebungstemperatur um das Gehäuse ändert das Verhalten des internen Transistors (Abbildung 1).
Das Design der Temperaturerfassung eliminiert die Auswirkungen des Transistorsättigungsstroms (IS) durch clevere Konfiguration und Berechnungen. Der Sättigungsstrom kann leicht unter Verwendung einer Konstantstromquelle (IC) und eines Schalters zwischen dem Transistor und dem äquivalenten Transistorarray gesteuert werden.
In Abbildung 1 sehen wir, wie leicht der Unterschied zwischen VBE und VBE (N) Temperaturänderungen entspricht. Formel
(1) zeigt den Wert der Transistor-Basis-Emitter-Spannung VBE.
Formel 1)
darunter:
k ist eine Boltzmann-Konstante von 1,38 × 10 –23 J / K;
q ist gleich 1,6021765 × 10-19C;
T ist die Temperatur in K.
Gleichung (2) zeigt den VBE (N) -Wert des Basisemitters vieler paralleler Transistoren.
Formel (2)
Wenn der Stromquellen-IC von einem Pin zum anderen geschaltet wird, zeigt Gleichung (3) die Differenz zwischen den beiden Basis-Emitter-Spannungen.
Formel (3)
Durch Berechnung wird geschlossen, dass:
Konstante = k × ln (N) / q oder 86,25 × 10-6 × ln (N).
Konzeptionell wissen Sie, wie Sie die Temperatur auf IC-Ebene schnell messen können. An der Schaltung in Abbildung 1 wurden einige Verbesserungen vorgenommen, wobei die Genauigkeit der IC-Temperaturerfassung bis zu ± 0,4 ° C betrug.
Ausgabe
Nachdem wir genaue Temperaturwerte haben, ist es wichtig, diesen endgültigen Wert der Außenwelt zu präsentieren. Es gibt zwei grundlegende Möglichkeiten, Temperaturdaten anzuzeigen:
analoge Spannung oder digitale Werte.
Der analoge Spannungsausgang ist sehr gut lesbar. Mit dem entsprechenden Temperaturfühler können Sie ein analoges Signal erfassen und in eine digitale Darstellung umwandeln oder zu einem Punkt in der Schaltung zurückmelden.
Die digitale Ausgangsfähigkeit des Temperatursensors ist interessanter, da viele Ausgangstypen verfügbar sind, hauptsächlich jedoch 1-Draht-, 2-Draht- oder 3-Draht-Ausgänge.
Der 1-Draht-Digitalausgang liefert pulsbreitenmodulierte (PWM) Impulszählsignale oder einfache Schwellen- / Schaltsignale. Diese beiden Signale sind in Lüftersteuerkreisen nützlich. Der 2-Draht-Digitalausgang liefert ein I2C- oder SMBus-Signal. Das digitale Ergebnis ist ein Nebenprodukt des internen Analog-Digital-Wandlers. Sie können auch digitale Ausgänge sehen, die Schwellentemperaturen und mögliche Fehlerzustände darstellen. Der 3-Draht-Digitalausgang bietet eine SPI-Schnittstelle.
Verpackung von Temperatursensoren auf Waferebene
Jedes Produkt hat einen Entwicklungsprozess von rau bis fein, und die Temperatursensorserie wird ständig verbessert. Diese Produktlinie wird als nächstes einen großen Durchbruch in der Größe des Gerätepakets erzielen. Die neuesten Temperatursensorgehäuse sind in einem Wafer Level Package (WLP) verpackt.
1998 entwickelten Sandia National Laboratories und Fujitsu WLP. Die Verpackung wurde vor dem Würfelvorgang auf Waferebene hergestellt und zusammen mit der Standard-Oberflächenmontagetechnologie (SMT) zusammengebaut.
Diese Verpackungstechnologie bringt eine ultrakleine Verpackungsform und niedrige θ-Übergangsumgebungswerte. Die Größe dieser Generation von Temperatursensoren stellt den Standardkondensator mit 0,1 μF in einem Standardgehäuse von 0603 in den Schatten (Abbildung 2).
Am Esstisch
Da das neue Paket klein ist, können Sie den Temperatursensor wie Salz und Pfeffer beim Abendessen auf der Leiterplatte platzieren. Die neueste Generation von Temperatursensoren erreicht eine Genauigkeit von ± 0,4 ° C in einem Gehäuse, das nur 0,76 mm2 PCB-Fläche einnimmt.
