薄膜铂电阻SPICE模型温度扫描用于IC电子电路仿真

作者：Vishay 非线性电阻器产品营销工程师 Alain Stas

随着物联网 （IoT） 应用的出现，电动和混合动力汽车 （EV / HEV） 产量增加，以及工业自动化市场扩大，精确温度检测仿真的需求不断增长。

解决复杂的机电一体化问题需要强大计算软件，因此需要有效电子器件模型—包括无源器件模型。

尽管有源器件SPICE模型已有几十年，但显然依旧很难获得无源组件制造商的实用模型。因此，只能使用通用模型，虽然定性准确，但仍需优化。

本文介绍一种含有一个中央无源器件温度传感器的通用IC电子设计，制造商新的精确模型增加了应用价值。

我们将讨论2017年Analog Devices公司（ADI） 推出的 LTC2063，其供电电流低至2 µA （参考文献1）。

用于温度传感器应用时，这个IC 的电路图如图1所示。

图1

温度检测输入信号由同时生产其他无源器件的Vishay公司表面贴装铂温度传感器提供 （参考文献2中PTS1206 1B类传感器）。自通过AEC-Q200认证以来，这种线性温度传感器已在汽车应用中广泛流行。例如，高温下需要保持极高稳定性时，它是表面贴装NTC器件理想的替代解决方案。与NTC相比，PTS整个温度范围内电气响应线性度也是其一大优势。例如，尽管比RTD更灵敏，但即使经过一些线性化处理，NTC也无法在-40°C至85°C保持相同的近乎理想的线性度。

当然，Analog Devices公司为这个电路提供了非常实用的LTspice模型 （参考文献3），其中PTS传感器为可变电阻，如图2所示。

图2

如果对仿真有一定了解，器件工程师很容易注意到一个细节。虽然我们在此所示温度测量电路的整体温度精度为±1°C，但SPICE指令或Vishay PTS定义并未给出可变温度 （全局环境温度）。

因此，在这种特殊情况下，我决定在仿真中直接引入直流 （DC） 温度扫描SPICE模型，避免LTC2063用户详细查看PTS数据手册。我们来看图3，现在我们可以：

- 扫描温度变量

- 显示温度允差对PTS的影响

- 微调反馈电阻值

- 用所有无源元件 （固定电阻，PTS） 的蒙特卡洛公差测试电路

- 以°C为单位计算LTC2063输出的有效精度 （见图4）

图3

图4

上部窗格：LTC2063线性输出电压与温度的关系。

下部窗格：偏移温度读数与输出电压的线性偏差 （考虑25°C下1 V输出和灵敏度10 mV /°C）。

图4的结果表明，即使从所有允差角度看，这个电路随温度变化的线性输出 （上部窗格） 总体精度集中在 ± 1°C （下部窗格） QED范围内。

我们甚至可以进一步分析，引入PTS传感器温度随时间产生的动态变化，这需要使用传感器的另一种SPICE模型。

然后，我们可以论证传感器时间响应延迟对应用的重要影响：我们可以测试0805、0603或更小外形尺寸的传感器。

不管怎样，我们有明确的示例表明，传感器制造商直接创建的SPICE模型为IC自身的仿真提供了很好的补充。

这个示例还表明，温度检测仿真领域存在大量开发的可能性。如想了解这些令人兴奋的发展，读者可在以下URL查看本文介绍的仿真技术：

http://www.vishay.com/videos/resistors/hands-on-electronic-simulation-of-an-optimized-linear-output-temperature-sensing-circuit.html

参考文献：

1） web ： https://www.analog.com/en/products/ltc2063.html

2） web： https://www.vishay.com/docs/28899/ptsat.pdf

3）web： https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html