TI传感器详解(一) — 温度传感器(上)

我叫张志豪

我是主要在华南区那边

负责我们 TI 的传感器方面的技术支持

然后下面就有由我给各位讲解一下

目前 TI 在最新的一些传感器领域的

一些应用以及一些产品

在开始之前，我有个问题要问大家

因为现在我们都在说智能化、工业4.0、人工智能

那我们要实现这些应用

在最前端肯定是需要传感器的

我相信各位都知道

我们有各种各样的传感器

那我就问个问题

你们能够给我列举出三个以上的传感器吗

其实我们这里做了一些总结

我们有这么多包括温度、湿度、压力

还有光的

还有一些角度之类的

很多很多

今天我会从这些传感器里面

挑选出四个比较有代表性的

也是比较适合格力这边应用的传感器做介绍

有两种是比较传统的传感器

一个是温度，一个是湿度

另外两种是可能各位用相对会接触比较少的

一个是电感型的

就像刚刚那位同事说的电涡流

第二种是电容式的传感器

我们先进入第一个议题

我们的温度传感器

我们先看看一般在工业上用到的传感器的类型

其实有这五种

最左边的是那种半导体测温

就用我们的芯片来测量温度

再往右是我们热敏电阻

就我们常说的 NTC/PTC 这种热敏电阻

中间这个是我们叫热电组就跟那个有点像

但它范围更广

再往这边是更高端的那种叫热电偶

它的测量范围非常宽

这边是我们的叫红外的测温方式

一般在家电应用的话

我们用的最多的都是最左边这两个

一个是就 NTC

PTC 这种小的传感器

然后第二种是我们的 TI 的专长

用半导体来做这个温度测量

下面做个对比的话

我们半导体测温的话

它的线性度最好的

我们下面会有个介绍

以及成本跟功耗也是会最节省的

如果对于这后面这四种来对比起来说的话

我不知道各位清不清楚半导体是怎么测温的

我们下面简单介绍一下

这个是一个三极管的一个模型

如果大家回忆一下我们大学学的模电的第一章

那就会讲这个公式

一个三极管

我下面放个电流源

那它这个集电极的电压

Vf 跟 If 就是以温度为作为系数的函数

只要我知道这个 V 跟 I

k 跟 q 是半导体生产的时候就已知的

就可以算出这个温度值

这是半导体测温的一个最基本的方式

但这种方式因为我只有一个管子

如果在我生产工艺有些偏差的时候

它可能会产生一些偏置

导致测量不准

我们也以这个为基础做了一个改进的方案

我们用两个管子

然后做一个差分的对比

这样的话就可以把生产工艺的差异

以及一些其他的一些影响给消除掉

上面所说的就是半导体测温方式的一些基础

如果各位对具体的技术有兴趣的话

可以到 TI 官网

搜 AN460 这篇文章

里面就会详细讲解我们用半导体怎么进行的

温度测量这种技术

基于这种技术的话

我们就生产了很多设计了很多这样的测温的芯片

我们这种芯片对使用最多的 NTC 来说

我们有几个优势可以给各位说一下

第一个是我们的电路会比较简单

如果我们用 NTC

除了这个 NTC 在上面

你下面还是要放个匹配电阻

如果你的导线比较长

你可能还需要拿一个放大器做一下驱动增强

如果你是用半导体式测温

就用一个芯片的话

你看这个图我只需要给它供个电

然后这边就可以直接出来一个电压

然后这个电压是跟你要测量的温度是成正比的

这是第一个优势就简单

第二个优势就是我的输出范围是线性的

那大家都知道 NTC 在全温度范围是一个曲线

但如果用 NTC 的话

MCU 需要做一个三点或更多点的一个校准

这样才能得到比较好的精度

如果用半导体测温的话

可以保证它全范围从 -50°C 到 150°C 这个范围

电压输出跟温度是成一个正比的关系

在实际应用中只需做一个简单的乘法或者除法

可以根据这个电压来换算温度

而不需要做额外的校准

这第二点

然后第三点的话就是功耗

我们知道 NTC 需要一个电阻来分压

其他极是电压的一个通路

电流会从这边流到地那边去

那随着温度升高

它的阻抗会变小

电流就会变大

所以随着温度越来越高

NTC 它的功耗会越来越大

但由于这种半导体是测温

是用那个三极管的特性来去测量

所以说我无论温度怎么变

那我的正态电流就我的功耗

都保持很低的参数

比如说这款芯片就是 5.4μA 非常低的功耗

我叫张志豪

我是主要在华南区那边

负责我们 TI 的传感器方面的技术支持

然后下面就有由我给各位讲解一下

目前 TI 在最新的一些传感器领域的

一些应用以及一些产品

在开始之前，我有个问题要问大家

因为现在我们都在说智能化、工业4.0、人工智能

那我们要实现这些应用

在最前端肯定是需要传感器的

我相信各位都知道

我们有各种各样的传感器

那我就问个问题

你们能够给我列举出三个以上的传感器吗

其实我们这里做了一些总结

我们有这么多包括温度、湿度、压力

还有光的

还有一些角度之类的

很多很多

今天我会从这些传感器里面

挑选出四个比较有代表性的

也是比较适合格力这边应用的传感器做介绍

有两种是比较传统的传感器

一个是温度，一个是湿度

另外两种是可能各位用相对会接触比较少的

一个是电感型的

就像刚刚那位同事说的电涡流

第二种是电容式的传感器

我们先进入第一个议题

我们的温度传感器

我们先看看一般在工业上用到的传感器的类型

其实有这五种

最左边的是那种半导体测温

就用我们的芯片来测量温度

再往右是我们热敏电阻

就我们常说的 NTC/PTC 这种热敏电阻

中间这个是我们叫热电组就跟那个有点像

但它范围更广

再往这边是更高端的那种叫热电偶

它的测量范围非常宽

这边是我们的叫红外的测温方式

一般在家电应用的话

我们用的最多的都是最左边这两个

一个是就 NTC

PTC 这种小的传感器

然后第二种是我们的 TI 的专长

用半导体来做这个温度测量

下面做个对比的话

我们半导体测温的话

它的线性度最好的

我们下面会有个介绍

以及成本跟功耗也是会最节省的

如果对于这后面这四种来对比起来说的话

我不知道各位清不清楚半导体是怎么测温的

我们下面简单介绍一下

这个是一个三极管的一个模型

如果大家回忆一下我们大学学的模电的第一章

那就会讲这个公式

一个三极管

我下面放个电流源

那它这个集电极的电压

Vf 跟 If 就是以温度为作为系数的函数

只要我知道这个 V 跟 I

k 跟 q 是半导体生产的时候就已知的

就可以算出这个温度值

这是半导体测温的一个最基本的方式

但这种方式因为我只有一个管子

如果在我生产工艺有些偏差的时候

它可能会产生一些偏置

导致测量不准

我们也以这个为基础做了一个改进的方案

我们用两个管子

然后做一个差分的对比

这样的话就可以把生产工艺的差异

以及一些其他的一些影响给消除掉

上面所说的就是半导体测温方式的一些基础

如果各位对具体的技术有兴趣的话

可以到 TI 官网

搜 AN460 这篇文章

里面就会详细讲解我们用半导体怎么进行的

温度测量这种技术

基于这种技术的话

我们就生产了很多设计了很多这样的测温的芯片

我们这种芯片对使用最多的 NTC 来说

我们有几个优势可以给各位说一下

第一个是我们的电路会比较简单

如果我们用 NTC

除了这个 NTC 在上面

你下面还是要放个匹配电阻

如果你的导线比较长

你可能还需要拿一个放大器做一下驱动增强

如果你是用半导体式测温

就用一个芯片的话

你看这个图我只需要给它供个电

然后这边就可以直接出来一个电压

然后这个电压是跟你要测量的温度是成正比的

这是第一个优势就简单

第二个优势就是我的输出范围是线性的

那大家都知道 NTC 在全温度范围是一个曲线

但如果用 NTC 的话

MCU 需要做一个三点或更多点的一个校准

这样才能得到比较好的精度

如果用半导体测温的话

可以保证它全范围从 -50°C 到 150°C 这个范围

电压输出跟温度是成一个正比的关系

在实际应用中只需做一个简单的乘法或者除法

可以根据这个电压来换算温度

而不需要做额外的校准

这第二点

然后第三点的话就是功耗

我们知道 NTC 需要一个电阻来分压

其他极是电压的一个通路

电流会从这边流到地那边去

那随着温度升高

它的阻抗会变小

电流就会变大

所以随着温度越来越高

NTC 它的功耗会越来越大

但由于这种半导体是测温

是用那个三极管的特性来去测量

所以说我无论温度怎么变

那我的正态电流就我的功耗

都保持很低的参数

比如说这款芯片就是 5.4μA 非常低的功耗