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AD592是一个双端单片集成电路温度传感器

时间:2019-10-9, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

特征:高预校准精度:0.5c最大值@+25c;良好的线性度:最大0.15C(0C至+70C);宽工作温度范围:–25C至+105C;单电源操作:+4 V至+30 V;优异的重复性和稳定性;高电平输出:1 A/K米;双端单片集成电路:温度输入/电流输出;最小自加热误差。

产品描述

AD592是一个双端单片集成电路温度传感器,提供与绝对温度成比例的输出电流。对于宽范围的电源电压,传感器充当1μA/K的高阻抗温度相关电流源。集成电路薄膜电阻的改进设计和激光晶片微调使AD592能够达到绝对精度水平和以前无法以可比价格获得的非线性误差。

AD592可用于-25°C和+105°C之间的应用,其中目前正在使用传统温度传感器(即热敏电阻、电阻式温度检测器、热电偶、二极管)。塑料封装的单片集成电路固有的低成本,加上任何给定应用中的低总零件数,使AD592成为目前最具成本效益的温度传感器。AD592不需要昂贵的线性化电路、精密电压基准、电桥元件、电阻测量电路和冷端补偿。

典型的应用领域包括:电器温度传感、汽车温度测量和控制、暖通空调系统监控、工业温度控制、热电偶冷端补偿、板级电子温度诊断、仪表中的温度读数选项、温度传感器、温度传感器和温度传感器。精密电子设备的温度校正电路。AD592在遥感应用中特别有用,由于其高阻抗电流输出,它对长线路上的电压降和电压噪声免疫。AD592s易于多路复用;信号电流可以通过CMOS多路复用器进行切换,或者电源电压可以通过三态逻辑门实现。

AD592有三种性能等级:AD592AN、AD592BN和AD592CN。所有设备均包装在额定温度为-45°C至+125°C的塑料至-92外壳中。性能规定为-25°C至+105°C。也可提供AD592芯片,详情请联系工厂。

产品亮点

1、AD592提供单电源(4伏至30伏)0.5摄氏度温度测量精度。

2、广泛的工作温度范围(–25°C至+105°C)和高度线性的输出使AD592成为较老、更有限的传感器技术(即热敏电阻、RTD、二极管、热电偶)的理想替代品。

3、AD592具有坚固的电气性能;电源不规则和高达20 V的变化或反向电压不会损坏设备。

4、因为AD592是一个温度依赖型电流源,所以当远程使用时,它对电压噪声拾取和信号引线中的红外下降免疫。

5、AD592的高输出阻抗提供大于0.5°C/V的电源电压漂移和纹波抑制。

6、激光晶圆修整和温度测试确保AD592单元易于互换。

7、初始系统精度不会随时间显著降低。AD592已经证明了集成电路设计和结构中固有的长期性能和重复性优势。

操作理论

AD592使用硅晶体管的基本特性实现其温度比例输出。如果两个相同晶体管以集电极电流的恒定比率工作密度,r,那么基极发射极电压的差(kt/q)(ln r)。既然k,boltzman常数和q电子的电荷是恒定的,产生的电压是与绝对温度(PTAT)成正比。在AD592该差电压转换为PTAT电流采用低温系数薄膜电阻。这个家长会然后使用电流强制总输出电流与开尔文度数成比例。结果是电流源输出等于标度因数乘以传感器。+25°C时电路的典型V-I图和极端温度如图1所示。

工厂通过调整AD592的温度读数使其与实际温度相对应,在晶圆级将比例因子调整到1μA/K。在激光微调过程中,IC的温度在25°C的几度范围内,并由5 V电源供电。然后对设备进行包装,并根据规格自动进行温度测试。

影响AD592系统精度的因素

AD592规格页上给出的精度限制使其易于在各种不同的应用中应用。为了计算给定系统中的总误差预算,正确解释精度指标、非线性误差、电路对电源电压变化的响应以及周围热环境的影响是非常重要的。与其他电子设计一样,外部元件的选择将对精度产生重大影响。

校准误差、绝对精度和

非线性规范

给出了AD592的三个主要误差限值,以便根据所需的总体精度水平轻松选择任何给定应用的正确等级。它们是在+25°C下的校准精度,以及在0°C至+70°C和-25°C至+105°C温度范围内的误差。这些规范与用户看到的实际误差相对应,即AD592的电流输出是否被转换为带有精密电阻器的电压。请注意,在室温下,超过商用集成电路温度范围或包括水沸点在内的扩展范围的最大误差可以直接从规格表中读取。所有三个误差限值都是初始误差、标度因数变化和与理想1μA/K输出的非线性偏差的组合。图2以图形方式描述了AD592CN的保证精度极限。

与旧技术传感器(即热敏电阻、RTD和热电偶)相比,AD592具有高度线性输出,因此非线性误差规范与给定的绝对温度精度分离。作为与最佳拟合直线的最大偏差,本规范代表了唯一无法消除的误差。图3是整个额定温度范围内典型AD592CN非线性曲线图。

微调以获得更高的精度

25°C下的校准误差可通过单个温度微调消除。图4显示了如何调整基本电压输出电路中AD592的比例因子。

要微调电路,温度必须由参考传感器测量,并且应调整R值,使输出(VOUT)对应于1 mV/K。注意微调程序应尽可能接近所需的最高温度精度。在大多数应用中,如果需要单个温度微调,则可以在AD592电流-输出电压转换发生的位置(例如,输出电阻,偏移到运放)实现。图5说明了使用此技术时对总误差的影响。

如果需要更高的精度,可以使用图6电路中的AD592消除初始校准和比例因子误差。

当传感器处于0°C时,将0 V输出的R1调整为零,初始校准误差将为零,并将输出从K移动到°C。通过调整R2调整电路在高温下的增益,消除标度因数误差。温度范围内唯一的误差是非线性。图7给出了两个微调精度的典型图。

供电电压和热环境的影响

AD592的电源抑制特性使电压不规则、纹波和噪声引起的误差最小化。如果使用的电源不是5V(用于工厂微调),则可以通过单次温度微调消除电源误差。AD592的PTAT性质将保持不变。输出的一般不敏感允许使用成本较低的无调节电源,这意味着几百欧姆的串联电阻(例如CMOS多路复用器、仪表线圈电阻)不会降低整体性能。

使用AD592的热环境决定了两个性能特点:自加热对精度的影响和传感器对温度快速变化的响应时间。在第一种情况下,集成电路结温度高于环境温度是两个变量的函数:电路的功耗水平和芯片与环境之间的热阻(θ)。用功率耗散乘以θ,可以得到°C的自加热误差。由于这种类型的误差对于具有不同散热能力的环境变化很大,因此有必要在几种情况下指定θ。表一显示了自加热误差的大小是如何随环境变化的。在典型的+25°C、5V电源的自由空气应用中,误差的大小为0.2°C或更小。一个普通的夹持式散热器将减少25%或更多的误差,在关键的高温,大电源电压的情况下。

笔记

(1)、τ是五个时间常数的平均值(最终值的99.3%)。在热响应不是简单指数函数的情况下,实际热响应可能比指示的要好。

(2)、使用热润滑脂。

AD592输出对环境温度突变的响应可以用一个时间常数τ指数函数来模拟。图8显示了几个感兴趣的媒体的典型响应时间图。

时间常数τ取决于θ以及芯片和封装的热容。表1列出了几种不同介质的有效τ(达到最终值63.2%的时间)。然而,如果在分析中忽略了铜印刷电路板连接,它们将直接通过AD592的焊浸可伐引线吸收或传导热量。当需要更快的响应时,应在AD592和被测表面温度之间使用导热油脂或胶水。在自由空气应用中,夹持式散热器将减少10-20%的输出稳定时间。青年成就组织

安装注意事项

如果AD592是热连接和适当保护的,它可以用于任何温度测量情况,其中遇到的最大温度范围在-25°C和+105°C之间。由于采用塑料IC封装技术,当用夹具或拧上加热片。建议在典型安装条件下使用导热环氧树脂或胶水。在潮湿或腐蚀性环境中,任何电隔离金属或陶瓷井都可以用来屏蔽AD592。低温下的冷凝会导致与泄漏电流相关的错误,应通过用绝缘环氧漆或浸渍物密封装置来避免。

应用

并联多个AD592器件,增加通过它们的电流,并产生与平均温度成比例的读数。系列AD592s将指示最低温度,因为最冷的设备限制流经传感器的系列电流。这两种电路如图9所示。

图10的电路演示了一种在温差测量中导出电压输出的方法。

r1可用于修剪两个设备之间的固有偏移。通过增加增益电阻(10 kΩ),可以以更高的分辨率进行温度测量。如果v+和v-的大小不相同,则两个设备之间的功耗差异可能导致差异自加热错误。

热电偶信号调节中使用的冷端补偿(CJC)可使用图11电路配置中的AD592实现。昂贵的模拟冰浴或难以修剪,不准确的电桥电路不再需要。

所示的电路可以通过简单地为缩放电阻器R选择正确的值来针对任何环境温度范围或热电偶类型进行优化。AD592输出(1μA/K)乘以R应近似于最可能环境温度范围内最适合热电偶曲线的线(以V/℃为单位的斜率)。此外,输出灵敏度可以通过选择电阻rg1和rg2来选择所需的非反转增益。所示的偏移调整仅参考AD592至°C。请注意,参考的TC和电阻器是导致误差的主要因素。利用上述技术可以很容易地实现40比1的温度抑制。

尽管AD592提供抗噪声电流输出,但它与过程控制/工业自动化电流回路标准不兼容。图12是与40 V、1 kΩ系统一起使用的4–20毫安温度变送器的示例。

在该电路中,AD592的1μA/K输出被放大到1毫安/摄氏度和偏移量,使4毫安等于17摄氏度,20毫安等于33摄氏度。在中间参考温度下,对RT进行微调以获得正确读数。通过选择合适的电阻器,可以选择AD592工作范围内的任何温度范围。

在基于微处理器的系统中,用AD592读取温度可以用图13所示的电路来实现。

AD592通过使用差分输入A/D转换器并正确选择电流-电压转换电阻器,可以使用最小数量的组件测量任何点中心的任何温度范围(高达AD592额定的130°C范围)。在这种配置下,系统的分辨率将高达1°C。

在图14的电路中,使用AD592可以很容易地建立一个可变温度控制恒温器。

rhigh和rlow确定由电位器rset控制的温度极限。所示电路在AD592额定的整个温度范围(–25°C至+105°C)内工作。参考电压保持恒定的设定值电压,并确保传感器上出现约7 V的电压。如果有必要保护和防止额外的噪声滞后,可以通过将电阻从输出端连接到RLOW的未接地端来增加。

由于器件的电流模式输出和电源电压符合范围,可以使用带有cmos多路复用器的几个ad592或一系列5v逻辑门来测量多个远程温度。只要传感器上保持4V电压,FET开关的导通电阻或栅极的输出阻抗不会影响精度。应选择mux和逻辑驱动电路,以尽量减少漏电流相关的误差。图15示出了一个本地控制的多路复用器,用于切换来自几个远程AD592的信号电流。CMOS或TTL门也可用于切换AD592电源电压,多路复用信号通过一个双绞线传输到负载。

为了在使用大量ad592时最小化所需的mux数量,可以在矩阵中配置该电路。也就是说,解码器可用于将电源电压切换到ad592s列,而mux则用于控制正在测量的传感器行。可以使用的最大ad592s数是解码器和mux的信道数的乘积。

控制80 AD592s的示例电路如图16所示。选择其中一个传感器所需的就是一个7位数字字。多路复用器的使能输入关闭所有传感器,以便在怠速时损耗最小。

要将AD592输出转换为°C或°F,可以使用一个廉价的参考和运算放大器,如图17所示。尽管此电路与图6所示的两个温度微调电路相似,但存在两个重要的差异。首先,增益电阻器是固定的,以减少对高温微调的需要。通过选择具有正确公差的廉价电阻器,可以达到可接受的精度。其次,AD592校准误差可以在已知的方便温度(即室温)下通过单罐调整来消除。此步骤与增益选择无关。


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