精准的硅芯片温度检测——显示测量精度为±0.1°C

编者按本文检验最新一代硅芯片温度传感器的准确性。这些传感器提供数字输出，无需线性化，支持小封装尺寸和低功耗。其中许多具备报警功能，以提醒系统存在潜在故障。

简介

电子行业对精度的要求越来越高，温度检测也不例外。目前市面上有许多温度检测解决方案，每一种都有其优缺点。硅芯片温度传感器，线性度相对较高，而且精度远超其他解决方案。但是，硅芯片温度检测领域的最新进展意味着，使用硅芯片解决方案将可以实现高分辨率和高精度。

新冰箱

那时正是2020年3月，英国即将进入封锁状态。全球都在囤积食物，以防超市关门，而未来似乎充满不确定。就在这种时候，Bramble家的冰箱罢工了。满脑子都回响着KennyRogers单曲“露西尔”中的歌词“你怎么选择在这样一个时刻离开我”，我们开始在网上搜索新的替代品。

几天后，新冰箱送来了，前面板上有数字温度显示，完全符合Bramble太太的需求。建议的设置温度为-18℃，一个小时后，冰箱达到了所需的温度，可以开始存放食物了。我有点怀疑温度读数的准确性，但只要能够冷冻食物，我对此也不太在意。但问题是我是一名工程师，有一颗热衷探索的心，在连续几天面对新冰箱毫无变化的数字读数后，我崩溃了。我必须测试一下这件新电器的精度。

温度传感器

工业应用中使用的温度传感器种类繁多，各有其优缺点。鉴于有许多文本详细介绍了各种温度传感器的操作，我不再赘述，只是提供一些总结。

热电偶

热电偶提供了一种低成本、中等精度的高温测量方案。正如ThomasSeebeck在1821年发现的那样，它们基于两个结点之间产生的电压，每个结点都由不同的金属构成，放置于不同温度环境下。对于K型热电偶（由镍铬合金和镍铝金合金制成）来说，它输出约41μV/°C的电压，可用于测量超过1000°C的温度。但是，塞贝克效应依赖于两个结点之间的温度差，因此，在热端测量相关温度时，冷端必须持续测量已知的温度。讽刺的是，在冷端需要另一个温度传感器来测量温度，ADI公司AD8494这样的器件正好能够完全解决这个问题。热电偶本身的体积很小，所以热质很低，能够快速响应温度变化。

RTD

行业广泛使用电阻温度检测器(RTD)来测量中温(<500°C)。这些器件由一种电阻会随温度的变化呈正变化的金属元素组成，最常见的是铂(Pt)。事实上，PT100传感器是行业中使用最广泛的RTD，因使用材料铂制成，且在0°C时电阻为100 Ω而得名。虽然这些器件无法测量热电偶那样的高温，但它们具有高线性度，且重复性较好。PT100需要精确的驱动电流，从而在传感器上产生一个与温度成比例的准确的压降。PT100连接线的电阻导致传感器的电阻测量出现误差，所以开尔文连接是最典型的传感器使用方法，因此出现3线或4线传感器。

热敏电阻

如果需要低成本的解决方案，且温度范围较低，那么使用热敏电阻通常就足够了。这些器件线性化程度很低，具有斯坦哈特哈特方程的特征，电阻随温度升高而减小。热敏电阻的优点是，电阻会在小幅温度变化下呈现大幅变化，所以，尽管它具有非线性，但仍然可以达到很高的精度。热敏电阻还提供快速的热响应。单个热敏电阻的非线性是明确定义的，所以可以使用LTC2986这类的组件来进行校准。

二极管随处可见，但(Vbe)压降至吸电流并非如此…

为了测试这个新家电的准确性，最终我选择使用硅芯片温度传感器。它们到手即用，无需冷端温度补偿或线性化，可以提供模拟和数字输出，且预先经过校准。但是，直到最近，它们都只能提供中等准确性。虽然足以指示电子设备的健康状态，但它们一直不够精准，无法测量（例如）体温，体温测量通常需要达到±0.1°C的精度（根据ASTME1112标准）。但是ADI公司最近发布的ADT7422和ADT7320硅芯片温度传感器改变了这一状况，它们的测量分辨率分别为±0.1℃和±0.2℃。

硅芯片温度传感器利用晶体管的Vbe的温度依赖性，根据莫尔方程，约为

精准的硅芯片温度检测——显示测量精度为±0.1°C