AT32讲堂007 | 关于AT32 MCU温度传感器的应用

描述

概述

AT32单片机芯片内含温度传感器,它产生一个随温度线性变化的电压,在内部被连接到ADC1_IN16的输入通道上,用于将传感器的输出转换到数字数值。

应用须知

使用者可在数据手册内找到温度传感器的各项特性规格,范例规格如下:表1. 温度传感器特性温度传感器

只要遵守以下公式,即可求得目前温度传感器量测出的温度。

温度(°C)={(V25-VTS)/Avg_Slope}+25这里:V25=VTS在25°C时的数值Avg_Slope=温度与VTS曲线的平均斜率(单位为mV/°C)其中VTS为温度传感器经由ADC转换出的电压换算成mV,再依照上述公式,只要将V25带入典型值1280mV,Avg_Slope带入-4.20mV/°C即可求得。下图即为套用典型值计算出的温度与传感器输出电压(VTS)的特性曲线。图1. VTS对温度理想曲线图温度传感器

应用此温度传感器需注意因生产过程的变化,每个芯片的温度传感器V25具有相对大的偏移,以上表所述最小值与最大值来看有最多200mV的误差。若以Avg_Slope典型值来换算相当于47.6°C。因此内部温度传感器更适合于检测温度的变化,而不是测量绝对的温度。如果需要测量精确的温度,应该使用一个外置的温度传感器。

另外需注意温度传感器为芯片内部弱电压源,ADC进行采样时需要足够时间让VTS输出为采样电路达到充放电平衡而稳定,使用者需确实遵照数据手册中的TS_TEMP参数为内部温度传感器设置足够的采样时间,以获得正确的转换数值。

特性评估测试方法

温度传感器的特性评估是在特殊设计的量测环境下进行的。每次进行温度传感器特性评估都会任意挑选10颗芯片焊在专属特性测试的板子上,并送进高低温箱内进行全部操作电压和操作温度的测试。

专属测试板上特别使用ADT7410精准温度传感器作为量测参考源。它具有0.5°C准确度、高分辨率特性,是适合作为特性评估AT32芯片上温度传感器的器件。

量测时首先设定高低温箱到AT32芯片操作温度最低温,待温度到达且稳定后再命令温箱以极慢速度缓缓升温。此时开始约以1°C为量测间隔,同时多次采样ADT7410和AT32芯片温度传感器的结果,将其各自采出值作平均后上传至上位机记录,再待温度上升1°C重复以上采样动作,直到温度上升到达AT32芯片操作温度最高温,测试即停止。上位机收集到所有温度下的数值后即存档并后续进行Avg_Slope和V25的估算,以及线性度TL的分析。

测试数据

AT32温度传感器在操作电压3.6V,3.3V,和2.6V条件下,以10颗芯片的实测特性结果如下图所示,可以看出Avg_Slope在各条件下各芯片几乎一致,但细部分析各芯片V25参数之间具有相对较大的差异,这是造成AT32温度传感器量测与实际温度徧差的主要原因。图2. VTS对温度实测曲线图温度传感器

若以软件校正偏移量(offset)后或仅作为相对温度量测时,在芯片全温度-40到105°C操作范围内,温度误差(线性度)可以达到±2°C之内。

图3. 温度传感器线性特性实测曲线图(偏移已校正)温度传感器

但若未做偏移校正或用以量测绝对温度,因温度传感器本身架构于芯片生产过程的变化,温度变化曲线的偏移在不同芯片上会有明显差异。实测10颗AT32F413结果V25最大差异可达约为±10°C,考虑整体设计仿真结果可能更大至±20°C以上。综合以上特性考量,建议AT32芯片内部温度传感器更适合使用作为检测温度的变化,而不是测量绝对的温度。

比较一般大厂MCU的内部温度传感器应用,基本上皆受此限制。图4. 温度传感器误差特性实测曲线图(偏移未校正)温度传感器

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