汽车电子设计中温度感测方案-电子发烧友网

当你驾车在很小的行驶范围内穿越多个主要气候带时，你需要感谢汽车工程师们所做的工作。以加州为例，死谷的温度会达到+55°C，而几小时后，当你行驶到莫诺县时，温度会低至-35°C。你可以想一想，为了能够应对这些很大的温度变化，你的车和车内的电子元器件一定要在耐热性方面表现出色—最常见的就是车体内部的极端工作条件以及引擎盖下的应用。

毫无疑问，汽车行业越来越需要符合AEC-Q100标准的集成电路 (IC) 组件所具有的可靠性。一整天都处于阳光照射下的电子后视镜或微型、密封摄像头模块也许需要高达125°C的AEC-Q100 1 级组件。引擎盖下的引擎控制单元越来越需要0级组件，它可以在高达150°C的环境中额定运行1000小时—甚至有时候这还远远不够。如果说有一个组件必须在这些极端温度环境中保持准确性，才能保护系统不受影响的话，那这个组件绝对是温度传感器。准确的温度信息使得处理器能够对系统进行温度补偿，这样的话，不论在怎样的行驶条件下，电子模块都可以优化其性能，并且尽可能提高它们的可靠性。

IC温度传感器与热敏电阻、电阻式温度检测器 (RTD) 和热电偶等其它感测技术属于同一市场类别，不过，当需要在宽温度范围内，比如说AEC-Q100 0 级范围（-40°C至150°C），实现良好精度时，集成电路 (IC) 就会表现出某些优势。首先，数据表中给出的IC温度传感器的准确度限值以摄氏度为单位，并且是整个工作范围内的值；相反地，一个常见的负温度系数 (NTC) 热敏电阻也许只指定了单个温度点上的电阻精度，单位为百分比。然后，在使用热敏电阻时，你需要仔细计算整个温度范围内的总体系统精度。事实上，请小心检查那些指定了任何一个电阻器精度的运行条件。例如，具有通用额定值的IC将给出电源电压范围内的精度，而不仅仅是一个特定电压上的准确度。

另外一个优势就是IC温度传感器是高度线性的，这就最大限度地减少了对软件补偿的需要。图1是一个模拟IC温度传感器与一个热敏电阻之间的线性比较。

图1：IC温度传感器与一个典型正温度系数 (PTC) 热敏电阻之间的线性比较

在选择一个IC时，要牢记，它们有多种类型—对于不同的汽车应用具有各有其优点。

模拟输出。诸如LMT84（可提供符合AEC-Q100 0级器件）等器件是简单的、3引脚解决方案；这些解决方案提供多个增益选项，以便与你所选择的模数转换器 (ADC) 实现最佳匹配，这也使你能够确定总分辨率。此外，与热敏电阻相比，这种器件在温度范围内始终保持更低的运行功耗，这也是其所具有的另外一个优势。这意味着，你不必为了获得更好的噪声性能而在功耗方面做出让步。模拟器件是用于信息娱乐系统的高成本有效性解决方案。
数字输出。一个针对引擎盖下方应用的常见接口就是SPI。诸如LM71（可提供符合AEC-Q100 0级器件）等器件特有一个13位分辨率，采用小型SOT-23封装，而简单又可靠的SPI接口是这种器件的优势所在。其它诸如LM95172的器件提供高达16位的分辨率，附加特性，以及额定值达到200°C的封装选项。与这些器件相似的温度传感器在动力总成，以及传动控制和电子刹车等底盘应用中很常见。诸如TMP102等符合1级应用的I2C器件能够支持需要微型解决方案的信息娱乐和仪表盘应用。
温度开关。很多的TI汽车用开关集成了恒温器功能和模拟输出。它们提供简单、可靠的过温警告，用模拟温度值来提前表示系统运行状态，在温度达到临界值之前，你可以根据这个值将系统运行调节到受限的工作范围内。通过使用LM26LV，前照灯从简单、可靠的工厂预设阀值中受益。由于其恶劣的运行环境，传动控制也从LM57中所具有可编程阀值、超宽运行温度范围和电路内运行验证所带来的高可靠性中受益（两款IC均符合AEC-Q100 0级标准）。
远程二极管。诸如信息娱乐系统和仪表盘等高级处理应用从TMP411和 TMP451等高精度器件中受益。这些符合AEC-Q100 1级标准的传感器从CPU/FPGA内的基板热晶体管或二极管，或者从巧妙放置在电路板其它位置上的远程二极管连接的晶体管中获得输入。它们还集成了它们的本地温度传感器，并且通过一个标准的两线制接口进行通信。