如何解決集成型溫度傳感器散熱問題

　　隨著電子系統(tǒng)越來越朝著多功能、更高性能和更小封裝的趨勢發(fā)展，系統(tǒng)散熱問題日漸成為設計環(huán)節(jié)中必須考慮的因素。系統(tǒng)過熱會降低性能，損壞元件或產(chǎn)生安全隱患。為跟蹤并降低系統(tǒng)散熱而引發(fā)的問題，通常需要監(jiān)控兩個參數(shù)：持續(xù)溫度測量和過熱警報。
　　
　　持續(xù)溫度測量使處理器可以監(jiān)測到系統(tǒng)溫度的上升或下降，并根據(jù)測得的溫度采取彌補措施。例如，由于功率放大器（PA）會受到系統(tǒng)升溫的影響，因此它可以顯示增益的升高。增益升高導致功率放大器使用更大的功率，產(chǎn)生更多熱量，繼而使用更高的電能，這被稱為熱逸散。例如，在無線傳感器網(wǎng)絡應用中，過大的增益會導致電池比預期耗電更快。通過監(jiān)控溫度，處理器可以調節(jié)放大器的增益，從而確保功率的耗散與設計者預期相符。
　　
　　在系統(tǒng)運行溫度超出設置的限制時，處理器會接收到二進制過熱警報信號。一個應用范例是當系統(tǒng)中溫度即將超出元件的zui大運行溫度時。此時，處理器可以中止向元件供電，避免系統(tǒng)由于過熱而受到損壞。
　　
　　分立熱敏電阻電路
　　
　　用于進行持續(xù)溫度測量和過熱警報指示的傳統(tǒng)分離元件電路在傳感器元件中使用熱敏電阻器（熱敏電阻），通常采用負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻。隨著溫度的升高，NTC熱敏電阻的電阻值降低（圖1）。　　
　　圖1：采用傳統(tǒng)熱敏電阻的電路。處理器的模數(shù)轉換器用于采集溫度模擬電壓（VTEMP）。當溫度超出臨界值時，數(shù)字比較器的輸出端會驅動處理器的輸入端進行提示。
　　
　　電壓分頻器直接衍生模擬溫度信號，作為熱敏電阻溫度模擬信號的電壓電平。RBIAS電阻器能夠設置電路增益，并使熱敏電阻保持在允許的功率內工作，從而zui大限度地減小溫度導致的電阻誤差。過熱警報通過將熱敏電阻的輸出端與比較器的輸入端相連接而產(chǎn)生。參考電壓與比較器的另一輸入端相連，以設置比較器輸出端被激活的電壓值（過熱電平）。通過采用磁滯反饋回路用于避免比較器在VTEMP等于VREF時來回快速開關。
　　
　　但是分立熱敏電阻解決方案會存在許多設計問題。而LM57集成模擬溫度傳感器和溫度開關能夠解決這些設計問題，并提高系統(tǒng)的性能。
　　
　　集成的LM57電路
　　
　　LM57不僅集成了分立熱敏電阻電路的功能，還改進了其性能。如圖2所示，我們可以看到元件數(shù)量變少了，但功能卻增加了。例如低態(tài)跳脫點輸出和輸入針腳使系統(tǒng)可以在原位置測試LM57的功能。　　
　　圖2：LM57集成電路應用。處理器的模數(shù)轉換器用于采集溫度模擬電壓（VTEMP）。當溫度超出臨界值時，過熱（TOVER）輸出端會驅動處理器的輸入端進行指示。跳脫點由兩個無源電阻器（RSENSE1和RSENSE2）設置，而不是由有效參考端和偏壓電阻器設置。
　　
　　度
　　
　　任何溫度傳感器電路中zui重要的測量參數(shù)之一是總體電路的度（或誤差）。在設計分立電路解決方案時，各元件的誤差會累加得出測量值的zui大總誤差。例如，分立熱敏電阻電路（圖1）中的VTEMP模擬溫度輸出端將同時受到熱敏電阻和電阻器RBIAS的度影響。TOVER數(shù)字警報的度不僅受到VTEMP的度影響，還受到比較器、反饋電阻器和磁滯電阻器的固有誤差影響。例如，如果使用此電路控制大型HVAC系統(tǒng)，這些誤差可能引起大型系統(tǒng)在不需要工作時繼續(xù)運轉，從而導致系統(tǒng)產(chǎn)生過多的功率。
　　
　　LM57*集成（圖3），所有組成部分的輸入輸出都包含在LM57的校對流程中，因此不會產(chǎn)生以上所提到的誤差源。同時，系統(tǒng)設計員不需要累加各組成元件的誤差，從而得出總誤差。LM57能保證VTEMP模擬輸出的zui大誤差為±0.7℃，TOVER警報輸出的zui大誤差為±1.5℃。　　　　NTC電路的另一個誤差源是VTRIP的誤差。zui大程度降低這一誤差的一種途徑是使用高精度參考端。但是，比較器的輸入端會收集到來自參考端的噪聲。比較器的跳脫點會隨著噪聲產(chǎn)生的信號電平的變化而不同。LM57采用一種技術從而解決了這個問題。用戶可以通過選擇兩個電阻器RSENSE1和RSENSE2的值設置VTRIP的值。LM57使用數(shù)模轉換器確定跳脫電壓范圍。只要感應線路中電壓在范圍內，跳脫溫度就不會產(chǎn)生變化。這表示LM57感應輸入不會受到輸入端適量噪聲的影響。這還意味著只要電阻器的容差在1%或更低，各電阻器的跳脫點就不會變化。
　　
　　線性度和轉換噪聲
　　
　　在傳感器測量中獲得zui大的度需要注意量化噪聲誤差，這是由模擬信號向二進制數(shù)據(jù)轉換產(chǎn)生的誤差。模擬信號經(jīng)過數(shù)字化，得出的是一個接近實際測得模擬值的數(shù)字值。數(shù)字測量的zui小增量（LSB）是將模數(shù)轉換器參考電壓除以模數(shù)轉換器的可數(shù)代碼數(shù)得出的電壓。例如，使用2.56V參考電壓的8位模數(shù)轉換器產(chǎn)生的LSB值為2.56V÷28=10mV。測得的模擬值和數(shù)字值之間的任何差值將稱為轉換中的誤