Вихід і аналоговий, і цифровий: датчики температури компанії STMicroelectronics

1. висновок
2. література
3. Про компанію ST Microelectronics

Наши партнеры ArtmMisto

До багатьох мікроконтролери компанії STMicroelectronics (ST) вбудований термочутливий елемент, підключений до одного з каналів АЦП, що дозволяє проводити вимірювання навколишньої температури без додаткових компонентів. Однак такий підхід, незважаючи на простоту і дешевизну, має суттєві недоліки: вимірювання проводяться тільки в місці установки самого мікроконтролера, а температурна характеристика чутливого елемента може істотно змінюватися від одного екземпляра пристрою до іншого (зрушення може досягати десятків градусів). Тому виробник рекомендує використовувати вбудований сенсор в основному для визначення зміни температури, а не для вимірювання її абсолютного значення, тому що Останнім пов'язане зі значними помилками і не може бути виконано з великою точністю.

Основні параметри деяких серій температурних датчиків від SТ наведені в таблиці 1.

Таблиця 1. Порівняльна характеристика температурних датчиків ST

TO-92 точний - - до 15 -55 150 0,5 ... 1,5 3 LM234 SO-8 джерело струму - - - -25 100 - 6 LM235 SO-8; TO-92 точний - - до 15 - 40 125 0,5 ... 1,5 3 LM334 SO-8 джерело струму - - - 0 70 - 6 LM335 SO-8; TO-92 точний - - до 15 - 40 100 1 ... 2 3 STCN75 MSOP / TSSOP 8; SO-8 цифровий 9 2,7 ... 5,5 0,125 -55 125 2 - STDS75 MSOP / TSSOP 8; SO-8 цифровий 9 ... 12 2,7 ... 5,5 0,125 -55 125 2 - STLM20 SOT-323 5L; UDFN 4 низьке споживання - 2,4 ... 5,5 0,008 -55 130 ± 1,5 - STLM75 MSOP / TSSOP 8; SO-8 цифровий 9 2,7 ... 5,5 0,125 -55 125 ± 2 ... 3 - STTS2002 TDFN8 2x3x0.8 для м / с пам'яті 9 ... 12 2,3 ... 3,6 0,16 -40 125 3 - STTS3000 TDFN8 2x3x0.8 для м / с пам'яті 9 ... 12 2,3 ... 3,6 0,16 -40 125 3 - STTS75 MSOP / TSSOP 8; SO-8 цифровий 9 ... 12 2,7 ... 5,5 0,075 -55 125 ± 2 ... 3 - STTS751 DFN6 2X2X0.5; SOT-23 6L цифровий 10 2,25 ... 3,6 0,05 -40 125 2 -

Одним з основних типів аналогових температурних датчиків, що випускаються компанією STMicroelectronics, є серія LM135 / 235/335. Це напівпровідникові сенсори, особливістю яких є наявність каліброваного виводу, що дає можливість коригувати розкид параметрів приладів (рис. 1) [1].

Мал. 1. Спосіб підключення LM135 / 235/335 з калібруванням температурної похибки

Всі прилади мають ідентичну лінійну температурну характеристику в повному діапазоні вимірювань, тому калібрування піддається тільки початковий постійний температурний зсув. Отже, калібрування при одній температурі усуває похибку при всіх інших.

Таблиця 2. Параметри сенсорів серії LM135 / 235/335

Значення

Струм, мА до 10 Чутливість, мВ / ° К 10 Діапазон вимірювання, ° С (LM135) -55 ... 150 (LM235) -40 ... 125 (LM335) -40 ... 100 Похибка сенсора без калібрування, ° С LM135 / 235 2 ... 5 LM335 5 ... 9 Похибка сенсора з калібруванням, ° с LM135 / 235 0,5 ... 1,5 LM335 1 ... 2 Нелінійність, ° с LM135 / 235 0,3 ... 1 LM335 0,3 ... 1,5 Тимчасова константа, з Нерухоме повітря 80 перемішувати масло 1

Надалі сигнал температурного сенсора може бути оцифрований за допомогою АЦП, вбудованих в багато сучасні мікроконтролери (МК). Такий підхід зручний тим, що МК також бере на себе організацію додаткової функціональності в залежності від конкретного завдання, наприклад, відображення температури на дисплеї, запис журналу з результатами періодичних вимірювань, інтерфейс з комп'ютером і т.п. Саме таке рішення і пропонується компанією ST в Рекомендаціях щодо застосування AN2278 «Застосування сенсорів температури на прикладі ST LM135» [2]. Відзначимо, що теоретично максимально досяжне температурне дозвіл за цією схемою становить приблизно 0,45 ° С (використовується 10-бітний АЦП). Також існує серія LM134 / 234/334 - температурозависимого джерела струму.

Іншим базовим аналоговим сенсором є STLM20 з ультранизьким споживанням, серед ключових особливостей якого можна виділити:

• Похибка 0,5 ... 1,5 ° С (при 25 ° С);
• Діапазон вимірювань -55 ... 130 ° С;
• Ультранизьким споживання - до 8мкА.

Ключовою відмінністю даного датчика від LMx35 є нелінійність вихідної характеристики, тому температурна похибка зростає ближче до країв діапазону вимірювання аж до ± 2,5 ° С при 130 ° С. Також відсутня можливість калібрувати датчик. Однак і сфера застосування даного приладу специфічна - він стане в нагоді головним чином в портативних пристроях завдяки ультранизьким споживання, малим габаритам (всього 1х1,3 мм в корпусі UDFN-4L) і відносно непоганий початкової точності 0,5 ... 0,75 ° С в найбільш часто затребуваному діапазоні 0 ... 30 ° С. Крім того для STLM20 необхідно використовувати лише два висновки.

Зміна напруги на виході сенсора становить 2,33 ... 0,87 В в діапазоні -40 ... 85 ° С. При прямому використанні 8-бітного АЦП, зазвичай вбудовується в недорогі МК, дозвіл по температурі становить близько 1,667 ° С, що часто може бути недостатнім. У рекомендаціях щодо застосування AN2468 «Збільшення дозволу аналогових температурних датчиків» [3] компанія ST пропонує використовувати схему, засновану на двох операційних підсилювачах (рис. 2).

Мал. 2. Спосіб збільшення дозволу аналогових датчиків

Перший з них розширює динамічний діапазон вихідного сигналу в 10 разів (фактично просто підсилює в 10 разів), а другий додає постійний зсув (+17,67 В) для того, щоб вихідний сигнал міг залишатися в межах 0 ... 5 В. Таким чином можливо отримати температурне дозвіл близько 0,1 В (з урахуванням усереднення). Платою за це, однак, є звуження діапазону вимірювань.

Перейдемо до цифрових датчиків. Двома основними приладами цього типу є STLM75 і STTS75. Перший з них є «pin-to-pin» заміною для датчиків LM75. Це CMOS-сенсор з вбудованим сигма-дельта АЦП (9 біт) і контролером інтерфейсу I2C для зв'язку з мікро контролером. Основні області застосування, рекомендовані виробником - персональні комп'ютери, системи управління температурою, індустріальні контролери. Максимальна роздільна здатність 0,5 ° С. Типова похибка ± 2 ... 3 ° С у всьому температурному діапазоні, час перетворення 150 мс. Напруги харчування сенсорів 2,7 ... 5,5 В. Вбудований АЦП відкалібрований таким способом, що результат на цифровому виході приладу визначається в градусах Цельсія. Зв'язок по протоколу I2C організована так, що по одній шині може бути підключено до восьми STLM75, при цьому адреса пристрою задається комбінацією потенціалів на трьох адресних входах датчика.

Крім того, цікавою особливістю даного приладу є можливість роботи в режимі термостата. У два внутрішніх регістра записуються температури порогів спрацьовування і відключення, при досягненні яких один з висновків мікросхеми (OS - Overlimit signal) переводиться в активний або, відповідно, пасивний стан (OS-вивід з відкритим стоком). До речі, для усунення випадкових промахів досягнення порогів визначається за результатами не одного, а заданого числа вимірювань (від 1 до 5).

STTS75 має схожі характеристики і функціонування. Основними відмінностями є більш високий дозвіл по температурі (за рахунок 12-бітного оцифровування може досягати 0,0625 ° С); більш низьке енергоспоживання (за інших рівних - близько 75 мкА); а також інший час перетворення (в залежності від дозволу 85 ... 680 мс). Типова схема включення сенсорів приведена на рис. 3, функціональна схема на рис. 4 [4].

Мал. 3. Типова схема включення STTS75 / STDS75

Мал. 4. Функціональна схема застосування сенсорів STLM75 / STDS75 [5]

висновок

Варто згадати, що компанія STM випускає також і інші типи сенсорів, а саме: звукові перетворювачі (мікрофони), датчики руху, тиску, наближення і дотику. До основної групи входять вельми популярні сьогодні датчики руху, виготовлені за MEMS-технології і включають в себе акселерометри (серія LISxxx), цифрові компаси (LSM303DLH) і гіроскопи (LPYxxx, LPRxxx, LYPxxx, L3G4200D) - все це в твердотільному виконанні і мініатюрних корпусах LGA. Є варіанти, що визначають нахил по одній або декількох осях, а також - зміщення вздовж осей.

До групи функціональних сенсорів входять мікрофони і датчики тиску, також виготовлені за MEMS-технології. Сенсори дотику, використовувані переважно в сенсорних пристроях введення, складають третю групу. Причому існують варіанти як для сенсорних екранів (резистивні і ємнісні види), так і для сенсорних клавіш (ємнісні). Датчики наближення, що входять до четвертої групи, дозволяють визначати наявність металевих тел поблизу і, таким чином, можуть бути використані в широкому колі завдань на виробництві, в автоматизації і т.п.

література

1. LM135. Precision Temperature Sensor - http://www.st.com/internet/analog/product/63662.jsp .

2. AN2278. Temperature sensor application using ST LM135 - http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/APPLICATION_NOTE/CD00079564.pdf .

3. AN2648. Increasing the resolution of analog temperature sensors - http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/APPLICATION_NOTE/CD00174666.pdf .

4. STTS75. Digital temperature sensor and thermal watchdog - http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATASHEET/CD00153513.pdf .

5. STTS75. Temperature Sensors - http://www.st.com/internet/com/SALES_AND_MARKETING_RESOURCES/MARKETING_COMMUNICATION/FLYER/flsensfam0209.pdf .

Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]

Про компанію ST Microelectronics

Компанія STMicroelectronics є №1 виробником електроніки в Європі. Компоненти ST широко представлені в оточуючих нас споживчих товарах - від iPhone до автомобілів різних марок. Лідери індустріального ринку вибирають компоненти ST за їх надійність і видатні технічні параметри. У компанії ST працює 48 000 співробітників в 35 країнах. Виробничі потужності розташовані в 12 країнах світу. Понад 11 тисяч співробітників зайняті дослідженнями і розробками - інноваційне лідерство ... читати далі