利用半导体传感器精确测量温度参数
温度在电子系统测量中是一个最普通的环境参数，并且各种类型的传感器可以用来满足设计者的需求。然而，在选择温度传感器时必须小心，确保整体的精度能满足设计要求。这篇文章总结了在半导体温度传感器中，影响精度的主要因素。
温度传感器类型
应用系统在需要温度检测时，可用的典型传感器类型如下：
表1：传感器类型
对于基本的温度检测，精度在 ±2°C到 ±3°C就足够了。热敏电阻因其低成本和最少的物料而逐渐成为了流行的选择，然而对于基于MCU应用，如果没有ADC输入，则是不能使用的，对于半导体传感器则是完美的选择。对那些需要更高精度 (高于±2°C)、更低功耗和更高分辨率测量的设计来说，在-40到125°C温度范围内，半导体温度传感器提供了最好的性能和价格，具有最高的性价比。
传统的电阻温度检测器(RTDs)提供了最好的精度(±0.2°C),尽管高成本并且需要额外的物料成本以维持模数转换器的精度。新的半导体温度传感器如来自于硅实验室公司的Si705x提供了兼容电阻温度检测器的精度等级而无需额外的物料。
热电堆提供了非接触测量优势，因此也能检测更宽的温度。传统的热电堆设计使用TO-5金属封装，不仅需要外部放大器，或包含一个嵌入式处理器，外加上合适的光学-机械设计，需要更高的成本，限制了热电偶在那些非接触测量中能提供显著优势的应用。如耳内温度计和高温环境中的工业过程控制。
影响半导体传感器精度的因素
半导体温度传感器通常使用带带隙单元来测量二极管正向电压变化，以确定温度。为了达到合理的精度，在单温度点上进行了校准的，典型温度为25°C，因此，最高精度在校准的上是能达到的，在温度更高或更低时，精度会变差。为了在宽温度范围内达到更高的精度，可增加额外的补偿点或在特定温度范围内采用先进的信号处理技术来实现。而典型值可为某些器件在理想条件下给出一些建议，用户应当信赖多个器件的真实指示精度和各种条件下所显示的最大值。
在半导体传感器中，供电电压也能影响温度精度。半导体器件内部电压调整器较低的电压，当供电偏离标称电压时，精度会表现得更低。大多数制造商都在他们的数据手册中包括了这个在±0.2°C/V到±0.3°C的最大值。
在更高精度的器件(<±0.5°C误差)里，第二个的影响因素在整体精度上将出现，并且扮演着重要的角色，这些通常在制造商的数据手册中的整体精度规范中分别指定，因此应当被添加。这些参数包括：
• 重复性/噪声：这个误差通过模拟前端和模数转换器介绍，范围从较低性能产品的±0.1°C到更高性能产品的±0.01°C。
• 漂移/稳定性：介绍的器件在整个器件寿命时间内额外的误差。
高精度设计考虑
在印制电路板上正确的放置温度传感器是维持精度的关键。对于测量环境空气温度，传感器应当放置得离热源越远越好。这些热源包括微控制器，电压调整器和其他的器件。如果传感器放置在有其他法热器件的同一块印制电路板上，切开印制电路板能够帮助提供热隔离。也应当提供适当的通风，以允许传感器和环境中的空气相接触。
如果需要测量印制板组件的温度，温度传感器应当放置得离关键器件尽可能近的位置。地和电源平面应当使用，来提供热传导通路从组件到传感器。
温度传感器的响应时间是与印制板的热量和所安装的外壳密切相关的。例如，温度传感器放置在大的印制板中心时，将随空气温度变化显示出很慢的响应速度。应将温度传感器安装在小的印制板上，或者提供了切口以将传感器和其余的系统热源绝缘。
关于印制板放置的更多信息，可联系世强。
SILICON LABS SI705X温度传感器与同类产品比较
硅实验室公司的数字式温度传感器SI705X已经设计出来，在整个工作电压和温度范围内都保持了它们的精度。其工作电压范围为1.9V到3.6V。这个SI705X系列器件在远程传感应用中，能够直接连接到电池上。如下面的图，SI705X系列器件在高低温时，在精度上面提供了明显的改善。最小化了精度损失，噪声和供电电压不敏感。
对于最高的精度，提供了可接受的电阻温度检测器替换产品Si7053器件。不需要增加成本和复杂性。
真实应用中温度精度考虑实例
• 冷链药品/食品存储：世界卫生组织规范E06/TR07.1要求在-5°C到+25°C的范围内精度达到±0.5°C，在-20°C到-5°C和+25°C到+55°C的范围内精度达到±1°C。
• 加热通风和空调及冰箱：除了绝对精度，长期稳定性在这些应用中也是非常重要的。因为这些设备是期望使用很多年的。例如，设备定±0.05°C/ 年，十年后的最坏精度达到0.5°C。
• 冷端补偿：热电偶是用来测量非常宽范围温度的常用器件，但是需要一个准确的室温参考测量来提供一个精确的温度测量。
• 远程传感器：设计远程传感器节点和便携式数据记录仪时，必须要考虑到供电电压的产生，没有合适的电压调整器，电池电压变化将引起温度精度降低。
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