术语和定义

参考

有关文件及软件，请浏览:

https://www.dialog-seminile.com/configurable-mixed-signal.。

下载我们的免费GreenPak Designer软件[1]以打开。gp文件[2]并查看所提出的电路设计。使用GreenPak开发工具[3.可以在几分钟内将设计冻结到您自己定制的集成电路中。雷竞技电竞平台Dialog Semiconductor提供完整的申请资料库[4.]具有设计示例以及对话框IC中的功能和块的说明。

1. GreenPAK设计软件，《软件下载及用户指南》，Dialog Semiconductor雷竞技电竞平台
2. 一个温度Compensation.gp - cm - 245，GreenPak设计文件，对话半导体雷竞技电竞平台
3. GreenPak开发工具， GreenPAK开发工具网页，Dialog半导体雷竞技电竞平台
4. GreenPAK应用笔记，GreenPak应用笔记网页，对话框半导体雷竞技电竞平台
5. B. V. Zeghbroeck，“半导体器件原理”，2011。(在线)。可用:https://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter2/ch2_7.htm。
6. 电阻器指南”(在线)。可用:http://www.resistorguide.com/ntc-thermistor/。[访问05 02 2018]。

作者:亚历山大·理查森

背景

介绍

设备性能的可变性是工程中一个不幸的方面。即使在一个单一的组成部分中，许多因素也可以导致可区分的可变性的存在。电气元件的生产方法旨在减少误差和变异性，但有些变异性的来源是不可能通过生产实践完全缓解的。

不可避免的变化最大的罪魁祸首之一是温度。在集成电路中，由于电子迁移率的变化，这会导致电路特性的不同，例如开关速度的不同。［5.温度可以改变分立元件和传感器的预期行为，这可能导致微控制器或IC误读(或完全不读)一个关键信号。由于这些原因，许多系统可以受益于添加温度监测模块的设计。

在大多数情况下，温度校正/监测模块必须体积小、成本低。传感器有不同的尺寸，通用的误差修正模块不应该大到足以引起系统尺寸的相当大的变化。在物联网(IoT)领域，这一点尤其重要，因为大多数物联网设备已经相当小，无法腾出太多的额外空间。类似地，一个昂贵的解决方案对于大多数项目来说是不可行的，可能只需要购买一个更便宜的竞争模块就可以了。对话框GreenPAK™器件是一个最佳的解决方案，因为它们体积小，成本低，并且消耗很少的静态电流，这可以防止温度校正模块对电池寿命产生重大影响。

此应用笔记与数字电位计，无源组件和OP-AMP一起探讨使用对话GreenPak IC，以及运算放大器，以测量系统上的温度变化。的GreenPAK将与校准点相比监控电压的变化，并调整数字电位器以抵消电压的变化。脉冲数（向上或向下）将被存储在GreenPAK并将在I2C信号读取。将列出几个关键的设计选择，并假设使用该方法的进一步应用。雷竞技安卓下载

理论

可以使用典型电阻器和电阻器之间的电压分压器测量温度的变化，该电阻与温度高度敏感，AKA热敏电阻。如果该电阻具有负温度系数（NTC），则电阻率会降低温度，导致V出在图1一个较低的电压。

图1还显示了与NTC热敏电阻串联的数字电位器。这将是平衡电位器需要满足一个恒定的V出在温度。输出电压方程如下:

因此，如果NTC热敏电阻下降，数字电位器的电阻率必须增加，反之亦然。一个重要的注意事项是热敏电阻的电阻在温度上是非线性的。［6.]图2显示典型的NTC行为。

因此，如果一个应用程序想要监测一个大的温度范围，系统的设计应该考虑到这种非线性，要么通过附加电路，要么通过软件。

系统设计

电路

系统设计显示在图3.：

在大多数应用中，雷竞技安卓下载R1应该非常大。这是有益的，因为它增加了从数字电位计和热敏电阻的电压变化的线性。如果R.1非常小，然后NTC分压器的温度变化将非常小：

或者，如果r1被选中非常大，温度变化将大大决定电压的相对变化：

然而，一种警告，这是，即使电压变化在温度时更依赖，输出电压始终非常小。包含OP-AMP以增加温度的绝对电压变化。OP-AMP用于非反相放大器配置，从而导致系统的增益为：

在这种应用中，电阻器的偏置在R处1= 2.25 MΩ， R2=18 kΩ和R3=1 kΩ。MCP4013数字电位器的范围为0 ~ 50kΩ，珠状热敏电阻室温电阻率为50kΩ。

设计输出

这个应用程序的一个必要条件是GreenPAK必须能够将电位器信息传回处理器。因此,GreenPAK需要知道电位器在任何给定时间的值。它可以通过校准电位器到一个已知的值，如最大或最小电阻，然后跟踪从给定计数的变化来实现这一点。大多数数字电位器具有易失性存储器，这意味着电位器可能需要在每次电源中断时重新校准。

设计假设数字电位器或变阻器具有64步（6位）刮水器配置，但可以通过ISP更改计数器来添加其他选项。

该设计将能够输出一个I2C值，包含当前步骤的计数值。这可以用来解释补偿温度变化所需的电阻率。电位器电阻率的一般公式为

如果原始是电位计阻力，则Rab是轨到轨电压，n是梯度尺寸，RW是刮水器的电阻。这可以比作热敏电阻的补偿电阻，其可用于确定等效温度。

例如，如果我们的I2C值为64个可能步骤中的7个，校准后我们可以确定电阻将为:

将它与我们选择的元件一起插入电路方程，我们得到:

因此，在本例中测量的温度将略低于室温，因为NTC热敏电阻的电阻率略高于50 kΩ的标称电阻。

应该注意的是，如果在校准点知道NTC值，计算就会简单得多。电位器电阻的变化将大约抵消NTC的差值。因此，如果电位器增加3.125 kΩ的值，则NTC热敏电阻下降了大约相同的值。

GreenPAK设计

SLG88103的输出电压由GreenPAK设计。在示例应用程序中，比较器的阈值是VDD / 2;当TEMP_EN或CALIBITAL_EN转高时，将操纵数字电位器以将SLG88103的输出更改为等于VDD / 2。数字电位器的当前值将存储在可通过I可读的计数器中2C。

针描述

针描述

引脚3，输入电压

SLG88103的输出与VDD / 2进行比较。这是用于检测是否已满足正确阈值的比较器的输入。

PIN 4，Calibration_en

启用信号进行校准。校准用于强制数字电位器到最大值，然后递减以找到正确的电阻。这是为了在启动时校准电位计是必要的，因为电位计的初始值不知道。没有校准，温度校正电路不会相信可读的i2C值正确。

这个应用程序假设有一个64步电位器，但是可以选择其他值。同样需要注意的是，这个应用程序中的电位器在第64步没有“循环”;如果是这样，那么这种校准方法就不起作用了。

销5 Temp_EN

通过递增或递减电位器来检查温度以在SLG88103输出处获得VDD / 2。TEMP_EN使用运行电位器计数器并假设系统已被正确校准。

如果校准，则在校准时，TEMP_EN引脚是优选的，因为系统不需要将时间递增到最大电位器值。例如，如果电位器远离正确的值，则重新校准可能需要多达120倍！

nc销12日

表示“不选择芯片”。这是一个active_low信号，用于递增或递减。这是一个必要的信号，电位计使用在本应用笔记和可能表现不同的其他应用。雷竞技安卓下载

销13，向上

假设nCS较低，脉冲上升沿的增量或增量。如果当nCS下降时Up是高的，电位器将增加。如果nCS降低时Up降低，则电位器减小。

OOB销15日

Pin 15代表“缺尽”。它用于表示电位计已达到其电阻极限（乙醚高或低），不能继续校正电压差异。这是一个有用的信号，以便与用户通信，温度校正在系统的规格之外。

GreenPAK设计描述

首要的功能GreenPAK设计是监控电压输入是否高于或低于VDD / 2的阈值。如果触发任一启用信号，则NCS信号将降低，因此UP值会导致电位器增加或减少。边缘检测连接到比较器，比较器一旦比较器改变信号就会停止电位器。图4.显示GreenPAK设计：

系统被I激活2虚拟输出或引脚4和5。Temp_EN和Calibration_EN互斥;校准的优先级。DFF3和DFF6设置使能信号，使输出时钟上升，降低输出nCS。Calibrate_enable (3-bit LUT2)和边缘检测用于在比较器改变值时禁用这些信号。

在图4.设计的最顶部侧重于计数发送到电位器的脉冲数。向上/向下的方向被2-L2调节。如果VDD / 2大于输入的输入将增加。但是，如果启用了Calibition_EN，则将不同的信号覆盖单次CNT1 / DLY1触发的方向。CNT1 / DLY1强制电位计通过时钟63脉冲达到其最大电阻。CNT1 / DLY1还通过上升沿检测到CNT0 / DLY0 / FSM0的高级复位上升沿检测到MAX值。

如果TEMP_ENABLE或CALIBRATE_ENABLE没有活动状态，则UP将匹配比较器的极性。CNT4 / DLy4是1.5ms的边缘延迟，用于保持NCS的上/下信息，以记录电位计是否应递增或减少（在UP引脚描述中描述）。

“托架”（3位LUT11）用作“运行位置计数”的时钟（CNT0 / DLY0 / FSM0）。它将根据“计数方向”（3-L5）的值来向上或向下计数。当计数器的值低于0时，运行位置计数将触发OOB引脚。但是，如果留下不间断，则计数器将继续超过63，并且仅在其循环后发送输出脉冲通过所有16位。为防止这一点，如果IT注意到计数器已注意到，则“正溢出”计数器将触发界限点，该计数器已尝试递增63次而不传递边缘。

结果

使用薄板和第4节中描述的设置获得的结果。图5.显示校准电路到室温，一旦NTC开始升温，Temp_EN信号被压下，输出电压稳定回VDD/2。

黄色通道:VSLG88103

蓝色通道:nc

粉红色的通道:

我的2每级读数C值:校准时63，第一次稳定时7，第二次稳定时18。

应用中使用的电位计仅依赖于上升沿增加到增量步骤。如果保持最小高和低时序值，则可以使用任何占空比。因此，已经进行了设计，使得递增和递减具有成反比的占空比。如果处理器不是I2C兼容，则这允许向上输出直接由处理器计算。图6.显示按下TEMP_EN按钮后的输出电压递减。请注意，削减的占空比非常小。

黄色通道:VSLG88103

蓝色通道:nc

粉红色的通道:

温度传感器的分辨率约为+- 15 mV。然而，这在很大程度上取决于电位器的步长和系统的抗噪性;比较器的分辨率被规定为5 mV。

进一步的应用雷竞技安卓下载

虽然这一应用集中在温度校正的基本原理可以应用于许多不同的传感器;根据参数改变电阻，测量相对于参考的差异，并跟踪补偿电阻变化的电位器值。这个概念可以应用于无数的电阻式传感器，如光敏电阻、应变计、酒精气体电阻等等。

温度传感应用也可以做进一步的改进。雷竞技安卓下载正如在理论部分所述，非线性可能是一个问题，一个温度传感器构建的工作范围大。电路可以进一步缓解这个问题。此外，可以从电流电位器计数得到PWM输出;这可以用于加热和冷却设备，如风扇和加热器。雷竞技安卓下载

结论

了解温度可能影响传感器或模块对于许多应用来说至关重要。雷竞技安卓下载对话框GreenPAK由于它的尺寸、可配置性和价格，通过动态配置数字电位器来补偿NTC热敏电阻，是监测温度变化的一个很好的方法。的GreenPAK可以给我2C与温度变化相关的数字值，可由处理器读取以获得补偿传感器测量值或将温度数据中继给用户，如用温度计。这种应用为温度校正提供了一种广泛的方法，也可以应用于其他传感器因素(光、压力、气体浓度……)。