小外形精确LMT70模拟温度传感器设计

技术进步已允许将温度传感器集成电路（IC）用于人体温度测量（常见于可佩戴式保健带和医疗设备中）等精密应用。由于TI最近发布了适合人体温度测量的小外形精确LMT70模拟温度传感器，用户已向TI的温度传感团队提出了许多与这些类型的应用相关的问题。因为笔者过去介绍其它传感器时已回答了一些这样的问题，所以笔者认为自己应在本文中讨论几个这样的问题。

问：当用模数转换器（ADC）监测传感器时，您如何能用一个12位ADC（如在MSP430™超低功耗微控制器 (MCU) 中发现的12位ADC）实现更佳的量化误差？

答：在软件中使用移动平均值可提高ADC的分辨率 —— 实际上您可改变平均值的数量并看到噪声水平及分辨率的提高或降低。如果施加到ADC输入的信号的噪声振幅超过ADC的最低有效位（LSB），那么移动平均法可发挥作用。例如，采用16个样本的移动平均值可通过方程式1将12位ADC的分辨率增加到14位：

 

（1）

LMT70评估模块可使用MSP430 MCU的12位ADC。由于这种技术，该评估模块的典型性能已证明是±0.07℃。

问：传递函数如何影响模拟温度传感器的整体准确度？

答：在很多产品说明书中都有准确度曲线图，展示不同方程式如何影响准确度。就LMT70而言，使用二阶曲线或三阶曲线，准确度大致等同于人体温度测量的有限温度范围查找表（LUT）中的准确度，所以该器件将符合相同的技术规格。当然，如图1和图2中曲线所显示的，最好使用产品说明书里给定、适用于10℃至110℃的三阶方程式。甚至最适合20℃至45℃的二阶曲线也能提供可接受的结果。

您如何能生成这个方程式？使用Excel或MATLAB曲线拟合。您如何生成准确度曲线图？只需把在产品说明书的电气特性（EC）表中找到的最低和最高电压限值代入您的方程式。

 

图1：使用三阶传递函数最佳拟合（10℃至+110℃）

 

图2：使用二阶传递函数最佳拟合（10℃至+110℃）

问：电压变动范围为1.8V至3V的电池能直接为模拟传感器供电吗？对准确度有什么影响？

答：模拟传感器产品说明书的技术规格包括电源灵敏度及曲线，这样您就可以确定对准确度的影响。作为一个示例，让我们来看看LMT70。图3（来自LMT70产品说明书的第9页）展示了在模拟温度传感器产品说明书中找到的典型曲线。

 

图3：LMT70线路稳压

正如您所看到的，对典型的LMT70传感器来说，电压降至2V时准确度很高。在该曲线图中，每个刻度段是0.5mV，所以那是0.1℃。电源灵敏度极限为+/-9m°C/V。因此，对于2V至3V的电压范围，您将得到不超过0.009℃的变化。就0.1°C-0.2℃的目标而言，对误差的影响可以忽略不计。

所有IC均具有它们开始发生故障或关闭的电压水平。对于LMT70，当电压低于2V时会出现这种情况，如EC表中所列出的。如果您在试验台上试用几个LMT70传感器，您可能会发现电压低于2V时一些传感器仍可工作，但TI不针对那种电压明确规定IC。IC制造商对器件进行了广泛的特性描述，以确保产品说明书的技术规格涵盖未来生产发生变化时的情况。

问：静电放电（ESD） —— 我需要担心它吗？

答：如果您在担心连接器上的ESD并且那些连接将是用户可访问的，那么您既需要保护MCU电路板又需要保护IC传感器，如图4中红色部分所示。您也可以在用户指南里添加注释，警告在进行电路板/组装操作时要采用ESD安全惯例。

图4：置于电路板外的传感器

如果用户不能访问该连接器，那么应在ESD安全的环境中对该模拟温度传感器进行操作。特别是对LMT70，无需额外的ESD保护功能，因为该传感器具有用于制造目的的内置ESD保护功能。