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在個人電子產(chǎn)品、工業(yè)或醫(yī)療應(yīng)用的設(shè)計(jì)中，工程師必須應(yīng)對同樣的挑戰(zhàn)，即如何提升性能、增加功能并縮小尺寸。除了這些考慮因素外，他們還必須仔細(xì)監(jiān)測溫度以確保安全并保護(hù)系統(tǒng)和消費(fèi)者免受傷害。

眾多行業(yè)的另一個共同趨勢是需要處理來自更多傳感器的更多數(shù)據(jù)，進(jìn)一步說明了溫度測量的重要性：不僅要測量系統(tǒng)或環(huán)境條件，還要補(bǔ)償其他溫度敏感元件，從而確保傳感器和系統(tǒng)的精度。另外一個好處在于，有了精確的溫度監(jiān)測，無需再對系統(tǒng)進(jìn)行過度設(shè)計(jì)來補(bǔ)償不準(zhǔn)確的溫度測量，從而可以提高系統(tǒng)性能并降低成本。 溫度設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)分為三類 溫度監(jiān)測：溫度傳感器提供有價值的數(shù)據(jù)來持續(xù)跟蹤溫度條件，并為控制系統(tǒng)提供反饋。此監(jiān)測可以是系統(tǒng)溫度監(jiān)測或環(huán)境溫度監(jiān)測。在一些應(yīng)用中，我們可以看到設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的特點(diǎn)是需要在控制回路中同時實(shí)現(xiàn)這兩種監(jiān)測。這些監(jiān)測包括系統(tǒng)溫度監(jiān)測、環(huán)境溫度監(jiān)測以及身體或流體溫度監(jiān)測。

溫度保護(hù)：在多種應(yīng)用中，一旦系統(tǒng)超過或低于功能溫度閾值，便需要采取措施。溫度傳感器在檢測到事先定義的條件時提供輸出警報以防止系統(tǒng)損壞。在不影響系統(tǒng)可靠性的情況下提升處理器吞吐量是可行的。系統(tǒng)經(jīng)常過早啟動安全熱關(guān)斷，結(jié)果造成高達(dá)5°C甚至10°C的性能損失。當(dāng)系統(tǒng)超過或低于功能溫度閾值時，工程師可以自主啟動實(shí)時保護(hù)措施。

溫度補(bǔ)償：溫度傳感器可以在正常工作期間隨溫度變化最大限度提高系統(tǒng)性能。監(jiān)測和校正其他關(guān)鍵組件在發(fā)熱和冷卻時的溫漂可降低系統(tǒng)故障的風(fēng)險。
本系列文章將提供一些TI應(yīng)用簡介，由此說明使用不同溫度傳感技術(shù)的各種應(yīng)用的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。首先介紹主要的溫度挑戰(zhàn)，然后重點(diǎn)說明各種應(yīng)用的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，評估溫度精度和應(yīng)用尺寸之間的權(quán)衡，同時討論傳感器放置方法。 溫度傳感器基本原理 在嵌入式系統(tǒng)中，總是需要更高的性能、更多的功能和更小的外形尺寸。鑒于這種需求，設(shè)計(jì)人員必須監(jiān)測整體溫度以確保安全并保護(hù)系統(tǒng)。在應(yīng)用中集成更多傳感器進(jìn)一步推動了對溫度測量的需求，不僅要測量系統(tǒng)條件或環(huán)境條件，還要補(bǔ)償溫度敏感元件并保持整體系統(tǒng)精度。 溫度設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 實(shí)現(xiàn)高效溫度監(jiān)測和保護(hù)的注意事項(xiàng)包括：
•精度。傳感器精度表示溫度與真實(shí)值的接近程度。在確定精度時，必須考慮所有因素，包括采集電路以及整個工作溫度范圍內(nèi)的線性度。
•尺寸。傳感器的尺寸會對設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，而分析整個電路有助于實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的設(shè)計(jì)。傳感器尺寸還決定了熱響應(yīng)時間，這對于體溫監(jiān)測等應(yīng)用非常重要。
•傳感器放置。傳感器的封裝和放置會影響響應(yīng)時間和傳導(dǎo)路徑；這兩個因素都對高效溫度設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
工業(yè)中常見的溫度傳感器技術(shù)包括集成電路 (IC) 傳感器、熱敏電阻、RTD和熱電偶。下表比較了在為設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)評選適合的技術(shù)時參考的主要特性。

IC傳感器 IC溫度傳感器取決于硅帶隙的預(yù)測溫度依賴性。如下圖和公式所示，精密電流為內(nèi)部正向偏置P-N結(jié)提供電源，從而產(chǎn)生對應(yīng)于器件溫度的基極-發(fā)射極電壓變化 (ΔVBE)。

硅帶隙的溫度依賴性

鑒于硅的可預(yù)測行為，IC可在寬泛的溫度范圍內(nèi)提供高線性度和精度（高達(dá) ±0.1°C）。這些傳感器可以集成系統(tǒng)功能，例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 或比較器，最終可以降低系統(tǒng)復(fù)雜性并減小整體占用空間。這些傳感器通常采用表面貼裝和穿孔封裝技術(shù)。 熱敏電阻 熱敏電阻是無源組件，其電阻很大程度上取決于溫度。熱敏電阻分為兩類：正溫度系數(shù) (PTC) 和負(fù)溫度系數(shù) (NTC)。
雖然熱敏電阻針對板載和非板載溫度傳感方式提供了多種封裝選擇，但與IC傳感器相比，其實(shí)現(xiàn)方案通常需要更多的系統(tǒng)組件。硅基PTC熱敏電阻具有線性特征，而NTC熱敏電阻具有非線性特征，通常會增加校準(zhǔn)成本和軟件開銷。