Silicon labs PWM接口/I2C接口温湿度传感器选型及设计经验

时间： 2018-05-22 来源：世强

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温湿度传感器在白色家电、手机数码产品、智能工厂、智能农业中应用已经非常广泛了。我们在上次高低温箱自动测试控制器、智能工厂温控检测系统的选型过程中，就有发现一些问题及注意事项，要是不注意则可能会导致我们最后的产品达不到设计指标要求、造成设备安全隐患。这里分享这些注意事项，希望可以减少大家走弯路，提高大家的研发效率。

指标选型：

SILICON LABS主要有以下两个系列的温湿度传感器。

Family	Description	RH Accuracy Max (RH)	Temp Accuracy Max (C)	Package Type
Si7007/22/23	Dig RH + Temp Sensor with PWM Output	±3%, ±4%, ±5%	±0.4, ±1	DFN6
Si7006/13/20/21/34	Dig I2C RH + Temp Sensor	±3%, ±4%, ±5%	±0.4, ±1	DFN10, DFN6, QFN6

上面一个Si7007/22/23系列是PWM接口的系列，下面一个Si7006/13/20/21/34是I²C接口系列。

选型注意：

在产品项目立项时，收到任务书后明确有对产品温度及湿度测量精度要求，我们会查看选型表进行选型。如下是Si7006/13/20/21/34的选型表。

Part Number	Description	Temp Accuracy max (°C)	RH Accuracy (max)	Temperature Range (°C)	Filter Cover	Package Format	Package Type
Si7006-A20-IM	Dig I²C RH +Temp Sensor	±1	±5%	-40～125	No	Tube	DFN6
Si7006-A20-IM1	Dig I²C RH +Temp Sensor	±1	±5%	-40～125	Yes	Cut Tape	DFN6
Si7013-A20-GM	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±3%	-40～85	No	Tube	DFN10
Si7013-A20-GM1	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±3%	-40～85	Yes	Cut Tape	DFN10
Si7013-A20-IM	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±3%	-40～125	No	Tube	DFN10
Si7013-A20-IM1	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±3%	-40～125	Yes	Cut Tape	DFN10
Si7020-A20-GM	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±4%	-40～85	No	Tube	DFN6
Si7020-A20-GM1	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±4%	-40～85	Yes	Cut Tape	DFN6
Si7020-A20-IM	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±4%	-40～125	No	Tube	DFN6
Si7020-A20-IM1	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±4%	-40～125	Yes	Cut Tape	DFN6
Si7021-A20-GM	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±3%	-40～85	No	Tube	DFN6
Si7021-A20-GM1	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±3%	-40～85	Yes	Cut Tape	DFN6
Si7021-A20-IM	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±3%	-40～125	No	Tube	DFN6
Si7021-A20-IM1	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±3%	-40～125	Yes	Cut Tape	DFN6
Si7034-A10-IM	Dig I²C RH +Temp Sensor	±0.4	±4%	-40～125	No	Cut Tape	QFN6

当我们收到任务书指标要求是：温度精度<1度、湿度<5% 、温度范围-20-125度，按照上述选型表我们可以选用最低档的Si7006芯片。

我们在温控箱项目中使用的是这一个芯片，但我准备在新项目也使用这一个芯片时，幸好深入研究了一下规格书，发现选型表中的参数不是全量程的精度，那问题来了：全量程最大偏差是多少呢？

查看规格书，湿度找到下图。90%以上的湿度的精度最大近7%。这个可能会超过我们产品设计指标。但多数范围典型值只有4%（虚线指的是典型值），这个指标还是不错的。

查看规格书，温度找到下图。全范围温度的精度为2度。这个可能会超过我们产品设计指标。但多数范围典型值只有0.5度（虚线指的是典型值），这个指标还是不错的。

如上特性，设计指标要求全温度范围1度精度时，Si7006就不能满足需求，就要选择Si7013(DFN10)或Si7021（DFN6 稍微有一点不满足）等型号。

Si7013（最大只用0.9误差）

Si7021（最大有1.1左右误差）

查看具体封装，Silicon labs对器件设计的比较人性，相同封装的管脚定义也相同，当出现指标升级（或指标不满足）时，电路不用修改，只需修改BOM即可完成升级。如：Si7021可直接替换Si7006。

湿度测量回滞特性：

当湿度变化20% – 40% – 60% – 80% – 80% – 60% – 40% – 20%，两次60%测量最大会有1%的偏差。这个设计及测试时要格外注意。

注意湿度不能太高（如浸入水中)

规格书中有写了一个影响精度的问题：Effects from long term exposure to very humid conditions。意思就是湿度不能过高，传感器浸入水平中的可能性不大，但凝结露水在湿度测量的孔中的可能性是非常大的。

这时设计就要考虑防水，这里我感谢万能的taobao对我们的支持，让我们找到了处理的办法（为了避免打广告的嫌疑，部分作马赛克处理了）。装完后就右边的效果。

安全防护：

在做外部传感器应用时，由于走线在外部（且很长），所以都会有电气安全的问题，先前第一版产品由于接触问题出现多次烧板。

所以需要加入隔离电路，进行安全防护，确保局部故障不扩大到全部电路。

Si7006/13/20/21/34 (I²C)使用Si860X系列数字隔离器进行隔离

Si7007/22/23（PWM）使用Si862X系列数字隔离器进行隔离

小结：

选型表的指标只是部分区间的，若要确认全量程指标需查看具体型号的精度图表。

湿度精度与温度精度典型值都比标称值高很多，在多数情况下产品会比标称性能更好，这个Silicon labs做的还是不错的。

Silicon labs对器件设计也比较人性，相同封装的管脚定义也相同，当出现指标升级（或指标不满足）时，电路不用修改，只需修改BOM即可完成升级。

湿度测量具有回滞特性，设计及测试时格外注意。在特殊湿度应用中要注意防水设计，否则会影响精度。做外部传感器应用时，最好使用Si86XX的器件进行一个有效隔离，进行安全防护。

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