模擬溫度傳感器通常與模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）一起使用。了解兩個(gè)器件之間的接口將有助于設(shè)計(jì)人員使用這些器件實(shí)現(xiàn)更好的溫度測(cè)量精度。本應(yīng)用筆記討論了傳感器-ADC接口以及如何從所用元件中獲得最佳結(jié)果。

模擬輸出溫度傳感器因其低成本、小尺寸和低功耗要求而廣受歡迎。在許多使用模擬溫度傳感器的系統(tǒng)中，傳感器的輸出由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）測(cè)量。

了解一些簡(jiǎn)單的概念將有助于您設(shè)計(jì)傳感器/ADC接口。在下面的討論中，我們將使用MAX6605，低功耗模擬溫度傳感器來(lái)說(shuō)明這些概念。

源阻抗

大多數(shù)廣泛使用的通用ADC，無(wú)論是分立式還是嵌入微控制器，其輸入端都有一個(gè)簡(jiǎn)單的采樣保持電路。開(kāi)關(guān)將信號(hào)源與采樣電容器連接。經(jīng)過(guò)短暫的采樣后，開(kāi)關(guān)打開(kāi)。圖1顯示了ADC輸入級(jí)的簡(jiǎn)化版本。請(qǐng)注意，所有ADC輸入級(jí)并不相同;圖 1 僅作為概念輔助工具顯示。

圖1.這是模擬溫度傳感器驅(qū)動(dòng)采樣ADC輸入的概念原理圖。具有過(guò)大輸出電阻的溫度傳感器會(huì)阻止采樣電容在采樣期間完全充電，從而導(dǎo)致誤差。

為了對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行精確采樣，電容必須在閉合期間充滿(mǎn)電。對(duì)于10位ADC，這意味著總源電阻（包括開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻）乘以采樣電容（例如10pF）的時(shí)間常數(shù)必須小于開(kāi)關(guān)閉合時(shí)間的10%左右：

(RON + ROUT) x CSAMPLE < 0.1 x TSAMPLE

其中 R上是采樣開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻，R外是溫度傳感器的輸出電阻，C樣本是采樣保持電容，T樣本是采樣開(kāi)關(guān)關(guān)閉的時(shí)間。

這會(huì)限制驅(qū)動(dòng)ADC輸入的源電阻值。大多數(shù)通用ADC的最大源阻抗限值在1kΩ至10kΩ之間。

模擬溫度傳感器的輸出電阻范圍從小于100Ω到幾kΩ;一些高阻抗輸出級(jí)與某些ADC輸入不兼容。MAX6605具有240Ω輸出阻抗，與幾乎所有通用ADC兼容。

如果溫度傳感器的輸出電阻過(guò)大，在ADC輸入引腳和地之間連接一個(gè)電容可以降低有效源阻抗并最大限度地減少誤差。電容通常應(yīng)為采樣電容值的千倍，因此10nF電容通常就足夠了。采樣間隔時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)，以使電容電壓接近傳感器輸出電壓，使其在所需的精度范圍內(nèi)。對(duì)于10位ADC，10個(gè)時(shí)間常數(shù)應(yīng)該足夠了;因此，對(duì)于一個(gè)1k源電阻和一個(gè)10nF電容，兩次轉(zhuǎn)換之間至少100μs的周期就足夠了。

負(fù)載電容

即使不需要電容來(lái)補(bǔ)償過(guò)大的源電阻，通常的做法是在ADC輸入引腳上放置一個(gè)電容，如圖2所示。這有助于過(guò)濾通向傳感器的走線上拾取的噪聲。常用值在 1nF 到 100nF 之間。如上所述，采樣速率必須足夠慢，以使電容在轉(zhuǎn)換之間充分充電。

圖2.通常在ADC輸入端連接一個(gè)電容，以濾除噪聲或幫助減少由于傳感器輸出電阻過(guò)大而導(dǎo)致的誤差。請(qǐng)注意，采樣率必須允許轉(zhuǎn)換之間有多個(gè)時(shí)間常數(shù)。

理想情況下，溫度傳感器能夠在不振蕩的情況下驅(qū)動(dòng)該電容。（MAX6605在1nF至無(wú)窮大的負(fù)載電容范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。許多其他模擬溫度傳感器在加載幾百皮法的負(fù)載電容時(shí)變得不穩(wěn)定;有時(shí)可以通過(guò)增加一個(gè)值為幾百歐姆的串聯(lián)電阻器來(lái)將這些電阻與電容隔離。請(qǐng)注意，在傳感器輸出和ADC輸入之間增加一個(gè)電阻可能需要進(jìn)一步降低采樣速率。

基準(zhǔn)電壓、溫度范圍和分辨率

與ADC一起使用的基準(zhǔn)電壓會(huì)影響有用溫度范圍和溫度測(cè)量分辨率。例如，MAX6605溫度傳感器驅(qū)動(dòng)10位ADC，基準(zhǔn)為2.5V。該ADC可以嵌入在微控制器中，或者在要求更高性能的應(yīng)用中，它可以是獨(dú)立的ADC，如MAX1248。

采用2.5V基準(zhǔn)時(shí)，每個(gè)LSB的重量

2.5V/1024LSB = 2.44mV/LSB

MAX6605溫度傳感器輸出的標(biāo)稱(chēng)斜率 為 11.9mV/°C，因此每個(gè) LSB 將對(duì)應(yīng)于

（2.44mV/LSB）/（11.9mV/°C） = 0.205°C/LSB

MAX6605產(chǎn)生2.26V的標(biāo)稱(chēng)輸出電壓 125°C;因此，其溫度和電壓范圍與2.5V基準(zhǔn)兼容。

審核編輯：郭婷