将模拟温度传感器与ADC配合使用

模拟温度传感器通常与模数转换器（ADC）一起使用。了解两个器件之间的接口将有助于设计人员使用这些器件实现更好的温度测量精度。本应用笔记讨论了传感器-ADC接口以及如何从所用元件中获得最佳结果。

模拟输出温度传感器因其低成本、小尺寸和低功耗要求而广受欢迎。在许多使用模拟温度传感器的系统中，传感器的输出由模数转换器（ADC）测量。

了解一些简单的概念将有助于您设计传感器/ADC接口。在下面的讨论中，我们将使用MAX6605，低功耗模拟温度传感器来说明这些概念。

源阻抗

大多数广泛使用的通用ADC，无论是分立式还是嵌入微控制器，其输入端都有一个简单的采样保持电路。开关将信号源与采样电容器连接。经过短暂的采样后，开关打开。图1显示了ADC输入级的简化版本。请注意，所有ADC输入级并不相同;图 1 仅作为概念辅助工具显示。

图1.这是模拟温度传感器驱动采样ADC输入的概念原理图。具有过大输出电阻的温度传感器会阻止采样电容在采样期间完全充电，从而导致误差。

为了对输入信号进行精确采样，电容必须在闭合期间充满电。对于10位ADC，这意味着总源电阻（包括开关导通电阻）乘以采样电容（例如10pF）的时间常数必须小于开关闭合时间的10%左右：

(RON + ROUT) x CSAMPLE < 0.1 x TSAMPLE

其中 R上是采样开关导通电阻，R外是温度传感器的输出电阻，C样本是采样保持电容，T样本是采样开关关闭的时间。

这会限制驱动ADC输入的源电阻值。大多数通用ADC的最大源阻抗限值在1kΩ至10kΩ之间。

模拟温度传感器的输出电阻范围从小于100Ω到几kΩ;一些高阻抗输出级与某些ADC输入不兼容。MAX6605具有240Ω输出阻抗，与几乎所有通用ADC兼容。

如果温度传感器的输出电阻过大，在ADC输入引脚和地之间连接一个电容可以降低有效源阻抗并最大限度地减少误差。电容通常应为采样电容值的千倍，因此10nF电容通常就足够了。采样间隔时间应足够长，以使电容电压接近传感器输出电压，使其在所需的精度范围内。对于10位ADC，10个时间常数应该足够了;因此，对于一个1k源电阻和一个10nF电容，两次转换之间至少100μs的周期就足够了。

负载电容

即使不需要电容来补偿过大的源电阻，通常的做法是在ADC输入引脚上放置一个电容，如图2所示。这有助于过滤通向传感器的走线上拾取的噪声。常用值在 1nF 到 100nF 之间。如上所述，采样速率必须足够慢，以使电容在转换之间充分充电。

图2.通常在ADC输入端连接一个电容，以滤除噪声或帮助减少由于传感器输出电阻过大而导致的误差。请注意，采样率必须允许转换之间有多个时间常数。

理想情况下，温度传感器能够在不振荡的情况下驱动该电容。（MAX6605在1nF至无穷大的负载电容范围内保持稳定。许多其他模拟温度传感器在加载几百皮法的负载电容时变得不稳定;有时可以通过增加一个值为几百欧姆的串联电阻器来将这些电阻与电容隔离。请注意，在传感器输出和ADC输入之间增加一个电阻可能需要进一步降低采样速率。

基准电压、温度范围和分辨率

与ADC一起使用的基准电压会影响有用温度范围和温度测量分辨率。例如，MAX6605温度传感器驱动10位ADC，基准为2.5V。该ADC可以嵌入在微控制器中，或者在要求更高性能的应用中，它可以是独立的ADC，如MAX1248。

采用2.5V基准时，每个LSB的重量

2.5V/1024LSB = 2.44mV/LSB

MAX6605温度传感器输出的标称斜率 为 11.9mV/°C，因此每个 LSB 将对应于

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

MAX6605产生2.26V的标称输出电压 125°C;因此，其温度和电压范围与2.5V基准兼容。

审核编辑：郭婷