关于AT32 MCU温度传感器的应用

 

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

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-V_TS)/Avg_Slope}+25

这里：

V₂₅=V_TS在25°C时的数值

Avg_Slope＝温度与V_TS曲线的平均斜率（单位为mV/°C）

其中V_TS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（V_TS）的特性曲线。

 

图1. V_TS对温度理想曲线图

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V_TS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. V_TS对温度实测曲线图

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）

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）

来源：AT32 MCU 雅特力科技
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审核编辑 黄宇