MAX16031/MAX16032系统监测器的外部温度传感器校准

MAX16031/MAX16032系统监测器支持外部连接成二极管的晶体管来检测远端温度。二极管连接的晶体管具有与温度相关的特性，可以使用简单的过程进行测量。根据晶体管的类型，这些特性略有不同;因此，在MAX16031/MAX16032产生精确的温度读数之前，需要进行校准过程。

MAX16031/MAX16032 EEPROM可配置系统监测器设计用于监测复杂系统中的电压、温度和电流。这些EEPROM可配置器件在选择工作范围方面具有极大的灵活性;温度、电压和电流的上限和下限;故障输出配置;以及能够在设备中存储这些值的操作模式。

MAX16031可监测多达8个电压、3个温度（1个内部/2个外部远端温度二极管）和1个电流。MAX16032可监测多达6个电压和2个温度（1个内部/1个远端温度二极管）。这些监控参数中的每一个都被多路复用到ADC中，并写入其各自的寄存器，该寄存器可以通过SMBus读回™和 JTAG 接口。

EEPROM中外部温度传感器的校准参数必须由客户设置，因为它们取决于应用电路中使用的二极管类型。本应用笔记提供了校准外部温度传感器的步骤。本文简要介绍了一种用于测量温度的通用双电流方法，然后介绍了MAX16031/MAX16032采用的双电流方案。还提供了使用二极管连接的2N3904晶体管作为示例的特定校准程序。

温度传感评论

所有半导体器件都表现出温度依赖性。特别令人感兴趣的是正向偏置PN结的IV曲线，它在很大程度上取决于温度。以下二极管方程模拟了这种行为：

其中T是以开尔文为单位测量的温度，n是二极管理想因子，k是玻尔兹曼常数（1.38e-23），q是电子的电荷（1.6e-19），V是是基极-发射极电压，IS是反向饱和电流，I是二极管电流。

一种简单而准确的温度检测方法是强制两个不同的电流通过二极管，并获取每个电流的基极发射极电压之间的电压差。这消除了对 I 的依赖S并使基极-发射极电压差与温度之间的关系相当线性。下面的等式显示了它如何工作在两个电流，IH和我L.

其中 ΔV是是两个电流下基极-发射极电压之差，IH是更高的强制电流，IL是较低的强制电流。其他参数与之前相同。求解 T 并转换为摄氏度可得到以下结果：

该方程表明温度与ΔV成正比是由物理常数、二极管理想因子和两个检测电流之比决定的比率。

MAX16031/MAX16032温度检测

MAX16031/MAX16032采用上一节讨论的双电流技术测量外部温度二极管的温度。缩放和转换 ΔV 后是对于数字代码，器件减去表示 -273.15 度偏移的固定代码。结果数字是以摄氏度为单位的温度，分辨率为 0.5°。

温度检测电路需要校准以补偿不同的二极管理想系数。MAX16031/MAX16032中的每个外部温度传感器都需要两个校准值：增益和失调。

存储在 r19h[7：2]（传感器 1）和 r4Fh[5：0]（传感器 2）中的增益值控制 IH当前（IL电流固定在 6μA）。表1显示了每个增益寄存器位的位权重。例如，值 110000b 对应于 IH84μA。

 

r19h[7：2]， r4Fh[5：0] 位	我H附加值达 80μA （μA）
	逻辑 '1'	逻辑 '0'
0	+0.25	0.0
1	+0.25	0.0
2	+0.5	0.0
3	+1.0	0.0
4	0.0	+2.0
5	+4.0	0.0

 

位于r1Bh[7：5]（传感器1）和r4Dh[6：4]（传感器2）中的失调值被添加到温度转换结果中，以补偿失调误差。表 2 显示了可能的偏移值。

 

r1Bh[7：5]， r4Dh[6：4] 值	偏移量（°C）
100	+8
101	+6
110	+4
111	+2
000	0
001	-2
010	-4
011	-6

 

使用MAX16031评估板（EV kit）时，软件可通过图1所示的温度设置对话框方便地访问每个校准寄存器。在“电流和温度”选项卡（如图 2 所示）中，单击蓝色的外部温度 1 或外部温度 2 链接以访问每个温度监控通道的设置对话框。

图1.“温度设置”对话框。

图2.“电流”和“温度”选项卡。

在校准过程中以及正常运行期间，启用内置数字温度传感器滤波器非常有帮助。在评估板软件中，从“其他”选项卡中的温度检测滤波器时间常数下拉列表中选择中心频率。这与表3中描述的寄存器r5Bh[6：4]相对应。

 

r5Bh[6：4] 值	截止频率（赫兹）
000	过滤器已禁用
001	2.53
010	5.06
011	10.1
100	20.2
101	40.5
110	81
111	162

 

校准程序

为了校准MAX16031/MAX16032的温度传感器电路，需要在两种不同的温度下获取数据。温度应相隔很远，以获得最佳效果。为简单起见，第一个温度可以是+25°C。 为了获得更好的精度，第二个温度应高于室温而不是更低;一个良好的值是+85°C。 为获得最佳精度，应在-40°C和+85°C下获取数据。 下面的MAX16031示例获取+25°C和+85°C的校准数据，并在二极管连接配置中使用Fairchild 2N3904晶体管——集电极和基极短路在一起。

为获得最佳结果，被校准的传感器应浸入温控浴中的非导电流体中。该示例使用氟惰性™FC-77，尽管矿物油等其他液体也可能起作用。如果没有此类设备，如果将传感器连接到具有大热质量的金属物体上，则市售烤面包机烤箱可能就足够了，这会增加校准期间的温度稳定性。使用与传感器有良好热耦合的精确热电偶来测量温度。

请按下列步骤收集校准数据：

确保偏移寄存器设置为零。

将温度设置为低值（在本例中为 +25°C），留出足够的时间进行稳定。

将增益寄存器设置为 80μA。

记录MAX16031返回的数字值。

对每个可能的增益寄存器值重复步骤4。

将温度设置为高值（在本例中为+85°C），留出足够的时间进行稳定。

重复步骤 3、4 和 5。

收集数据后，应执行几个简单的计算。对于从MAX16031收集的每个温度，计算误差值：

T犯 错= TMAX16031- 吨量过的

然后，计算单个增益值的每个误差值之间的差值：

Δ = TERR_85- 吨ERR_25

表4显示了示例校准数据。增益注册码和增益值（μA）列将增益寄存器设置显示为十六进制码和等效电流源值。这TMAX16031（°C）列显示了从MAX16031温度转换结果寄存器获得的在低温（+25°C）和高温（+85°C）下每种增益设置的读数。这T犯 错（°C）列列出了MAX16031记录的温度与实际测量温度之间的误差（差）。Δ （°C） 列列出了高温和低温下记录的误差值之间的差异。

 

增益注册码	增益值 （μA）	TMAX16031（°C）		T犯 错（°C）		δ （°C）
		+25	+85	+25	+85
0x10	80	17.5	75	-7.5	-10	-2.5
0x12	80.25	17.5	75.5	-7.5	-9.5	-2
0x14	80.5	17.5	76	-7.5	-9	-1.5
0x16	80.75	18	76.5	-7	-8.5	-1.5
0x18	81	18.5	76.5	-6.5	-8.5	-2
0x1A	81.25	18.5	77	-6.5	-8	-1.5
0x1C	81.5	19	77.5	-6	-7.5	-1.5
0x1E	81.75	19.5	78	-5.5	-7	-1.5
0x0	82	20	78.5	-5	-6.5	-1.5
0x2	82.25	20	79	-5	-6	-1
0x4	82.5	20.5	79	-4.5	-6	-1.5
0x6	82.75	21	79.5	-4	-5.5	-1.5
0x8	83	21	80	-4	-5	-1
0xA	83.25	21.5	80.5	-3.5	-4.5	-1
0xC	83.5	22	81	-3	-4	-1
0xE	83.75	22.5	81.5	-2.5	-3.5	-1
0x30	84	22.5	82	-2.5	-3	-0.5
0x32	84.25	23	82	-2	-3	-1
0x34	84.5	23	82.5	-2	-2.5	-0.5
0x36	84.75	23.5	83	-1.5	-2	-0.5
0x38	85	24	83.5	-1	-1.5	-0.5
0x3A	85.25	24.5	83.5	-0.5	-1.5	-1
0x3C	85.5	24.5	84	-0.5	-1	-0.5
0x3E	85.75	25	84.5	0	-0.5	-0.5
0x20	86	25.5	85	0.5	0	-0.5
0x22	86.25	25.5	85	0.5	0	-0.5
0x24	86.5	26	85.5	1	0.5	-0.5
0x26	86.75	26.5	86	1.5	1	-0.5
0x28	87	26.5	86.5	1.5	1.5	0
0x2A	87.25	27	87	2	2	0
0x2C	87.5	27.5	87	2.5	2	-0.5
0x2E	87.75	28	87.5	3	2.5	-0.5

 

下一个任务是找到增益和失调校准参数。检查 Δ （°C） 列并找到值最接近零的单元格。在这种情况下，增益设置为 87 和 87.25 的两行包含零。这对应于零斜率，这意味着增益误差可以忽略不计。接下来，检查T犯 错（°C）这些行的值，然后选择包含可使用偏移寄存器减去的误差值的行。在该示例中，选择偏移误差为 2 的行，以便偏移寄存器值 '001' 可以将其抵消。

从失调和增益寄存器获得的值现在可以加载到应用电路中使用的MAX16031监视器的EEPROM配置寄存器中。每次都可以使用相同的值，从而产生合理的精度。

为了提高精度，可以在电路板测试时为每个单元设置增益参数。在设备附近放置一个精确的热电偶并测量温度。调整增益寄存器内容，直到MAX16031温度与测量温度匹配。

审核编辑：郭婷