ZHCSJ51F December 2018 – November 2023 TMP61
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8.2.1.2 詳細設計過程
電阻分壓器方法產生一個可根據偏置電壓 (VBIAS) 進行調節的輸出電壓 (VTEMP)。當 VBIAS 也用作 ADC 的基準電壓時，電源引起的任何波動或容差誤差都會被消除，不會影響溫度精度（如圖 8-5 所示）。使用方程式 2 來根據 TMP61 的可變電阻 (RTMP61) 和偏置電阻 (RBIAS) 計算輸出電壓 (VTEMP)。使用方程式 3 來計算與該輸出電壓、ADC 滿量程范圍和 ADC 分辨率對應的 ADC 代碼。
圖 8-5 帶 ADC 的 TMP61 分壓器
其中
- FSR 是 ADC 的滿量程范圍，即參考接地電壓 (VREF)
- n 是 ADC 的分辨率
方程式 4 展示了當 VREF = VBIAS 時，VBIAS 將會消除。
根據微控制器中讀取的 ADC 代碼，使用多項式方程式或 LUT 提取溫度讀數。使用熱敏電阻設計工具將 TMP61 電阻轉換為溫度。
取消 VBIAS 是使用分壓器（比例法）的好處之一，但分壓器電路輸出電壓的靈敏度不會提高很多。由于與 FSR 相比，電壓輸出范圍較小，因此本應用設計不使用所有 ADC 代碼。但是，此應用非常常見，而且易于實現。
基于電流源的電路，例如圖 8-6 所示的電路，可以更好地控制輸出電壓的靈敏度并實現更高的精度。在這種情況下，輸出電壓的計算很簡單，為 V = I × R。例如，如果該器件使用 40μA 的電流源，則輸出電壓跨度約為 5.5V，增益最高為 40mV/°C。通過控制電壓范圍和靈敏度，可以充分利用 ADC 代碼和滿量程范圍。圖 8-7 展示了各種偏置電流條件下的溫度電壓。與比例法類似，如果 ADC 具有與 ADC 的基準電壓共享同一偏置的內置電流源，則電源電流的容差將會消除。在這種情況下，不需要精密 ADC。此方法雖然可以獲得最佳精度，但會增加系統實現成本。
圖 8-6 帶電流源的 TMP61 偏置電路
圖 8-7 帶不同電流源的 TMP61 溫度電壓與分壓器中的非線性 NTC 熱敏電阻相比，TMP61 具有增強的線性輸出特性。圖 8-8 所示為一個帶有和一個不帶線性化并聯電阻 RP 的兩個分壓器電路。舉例而言，如果 VBIAS = 5V，RBIAS = 100kΩ，NTC 熱敏電阻 (RNTC) 使用一個并聯電阻 (RP)，以通過一個額外的 100kΩ 電阻線性化輸出電壓。分壓器的輸出特性如圖 8-9 所示。該器件可在整個溫度范圍內生成線性曲線，而 NTC 曲線僅在很小的溫度區域內呈線性。將并聯電阻 (RP) 添加到 NTC 電路時，增加的電阻會使曲線更加線性，但會對輸出電壓范圍產生極大地影響。
圖 8-8 TMP61 與帶線性化電阻 (RP) 分壓器電路的 NTC
圖 8-9 帶和不帶線性電阻的 NTC 與 TMP61 溫度電壓