摘要: 温度传感器通常与数字转换器(adc)一起使用。了解两个器件之间的接口将有助于设计人员使用这些器件实现更好的温度测量精度。本应用笔记讨论了传感器- adc接口以及如何从所使用的组件中获得最佳结果。-输出温度传感器因其低成本,小尺寸和低功耗要求而广受欢迎。在许多使用温度传感器的系统中,传感器的输出是用一个数字转换器(ADC)测量的。
大多数广泛使用的通用adc,无论是分立的还是嵌入在微控制器中的,在其输入端都有一个简单的采样保持电路。开关将信号源与采样电容连接起来。在短暂的采样周期后,开关打开。图1显示了ADC输入级的简化版本。请注意,并非所有ADC输入级都是相同的;图1只是一个概念性的说明。
图1所示、这是一个温度传感器驱动采样ADC输入的概念示意图。输出电阻过大的温度传感器通过阻止采样电容在采样期间完全充电而导致误差
为了对输入信号进行精确采样,电容器必须在开关闭合时完全充电。对于10位ADC,这意味着总源电阻(包括开关导通电阻)乘以采样电容(例如10pF)的时间常数必须小于开关闭合时间的10%左右:
(R(ON) + R(OUT)) * C(SAMPLE) <0.1 xT(样本)
式中,R(ON)为采样开关导通电阻,R(OUT)为温度传感器输出电阻,C(SAMPLE)为采样保持电容,T(SAMPLE)为采样开关闭合时间。
这就限制了驱动ADC输入的源电阻的值。大多数通用adc的最大源阻抗限制在1k欧姆和10k欧姆之间。
温度传感器的输出电阻范围从小于100欧姆到几个k欧姆;一些高阻抗输出级与某些ADC输入不兼容。MAX6605具有240欧姆输出阻抗,几乎与所有通用adc兼容。
如果温度传感器的输出电阻过大,在ADC输入引脚和地之间连接电容可以减小有效源阻抗,使误差最小化。电容通常应该是采样电容值的一千倍,所以10nF的电容通常就足够了。采样之间的时间应该足够长,以使电容电压接近传感器的输出电压,在所需的精度范围内。10个时间常数对于10位ADC应该足够;因此,对于1k源电阻和10nF电容器,转换之间至少100µs的间隔应该足够。
即使不需要电容来补偿过多的源电阻,通常的做法是在ADC输入引脚上放置一个电容,如图2所示。这有助于过滤在连接到传感器的走线上拾取的噪声。常见值在1nF到100nF之间。如上所述,采样速率必须足够慢,以允许电容器在转换之间充分充电。
图2、电容器通常连接在ADC输入端,以过滤噪声或帮助减少由于传感器输出电阻过大而产生的误差。注意,采样率必须允许转换之间的几个时间常数
理想情况下,温度传感器能够在不振荡的情况下驱动该电容。(MAX6605稳定,负载电容从1nF到无穷大。)许多其他温度传感器在负载几百皮的负载电容时变得不稳定;这些有时可以通过添加一个值为几百欧姆的串联电阻与电容隔离。请注意,在传感器输出和ADC输入之间添加一个电阻可能需要进一步减慢采样率。
ADC使用的参考电压影响有用的温度范围和温度测量分辨率。例如,考虑MAX6605温度传感器驱动具有2.5V参考电压的10位ADC。这个ADC可以嵌入在微控制器中,或者,在需要更高性能的应用中,它可能是一个单独的ADC,如MAX1248。
在2.5V参考电压下,每个LSB的重量为
2.5V/ 1024lsb = 2.44mV/LSB
MAX6605温度传感器输出的标称斜率为11.9mV/°C,因此每个LSB将对应于
(2.44mV/LSB)/(11.9mV/°C) = 0.205℃/LSB
MAX6605在125°C时产生2.26V的标称输出电压;因此,它的温度和电压范围与2.5V基准兼容。
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