如何用二极管多路复用进行温度感测？

有电的地方有热量，有热的地方常常需要感应温度（感应最广泛的物理变量）。我们所谓的温度是对材料热能的测量，并且有很多传感器可以测量它，从非常低的成本，有限的范围到复杂而专业的单位。在某些情况下，很难决定使用哪种传感器，因为有很多可行的选择，而有时候只有一个或几个选择。毫不奇怪，所使用的是预期温度本身（高，低和跨度），所需的精度和分辨率，成本（当然）以及其他因素的函数。

自从基础结点的温度，电压和电流之间基于物理学的关系发展以来，基本二极管和晶体管的二极管结已用于温度感测（参考文献 1）。回想一下您对半导体器件的介绍，希望您会记住该指数图（图1）。

图1 ：基本二极管结电流/电压与温度的关系曲线是高度非线性的，可以成为障碍，也可以起到积极的作用。（来源：Meettechniek信息/ Freddy Alferink）

它阐明了正向偏置二极管的经典方程式：

I = I s（ e V / ηVT – 1）

其中I s是反向饱和电流，V是二极管的正向压降，η是理想因子（介于1到2之间的常数），而V T 是二极管的热电压，其反过来由下式给出：

V T = kT / q

其中Tis是开尔文的绝对结温，q是电子电荷，k是玻尔兹曼常数。

您可能在想：我已经知道了这一点，所以请充分了解物理学。另一方面，如果您不熟悉此方法，则可以在线上进行简短的复习或教程。

二极管结的这种温度依赖性既是诅咒又是祝福。当然，这会严重影响半导体器件的基本性能，因为电流和电压会发生变化，温度系数（tempco）是经过仔细研究的数据表编号。IC设计人员采用许多巧妙的拓扑结构来最大程度地降低其影响，甚至更好地制定出方案，以便其引发的变化将使自己被淘汰。

尽管这种温度敏感性阻碍了分立器件和IC的性能，但它也可用于温度感测。许多模拟和数字设备都使用基本的片上结来感应自己的芯片温度，甚至在芯片温度过高时甚至会要求关机。这消除了对单独传感器的需求，并且是一种自我监控的经济高效的解决方案。

但是，当您要与用作传感器的多个外部二极管接口时，该接口在复用和A / D转换方面会变得复杂。幸运的是，IC供应商已经意识到使用多个二极管的挑战，并创建了一些独特的接口来与这些传感器配合使用。这让我对Microchip Technology最近发布的EMC1812系列低压二极管传感器IC感兴趣（图2）。根据所选的特定家族成员，这些IC可处理一个至四个外部温度感测二极管以及一个片上感测二极管。

图2 Microchip Technology EMC1812系列不仅仅提供与一个或多个二极管作为温度传感器的模拟接口；它还包括数字化，处理器接口和一些基本数据分析，以减轻处理器的负担。（来源：Microchip Technology）

除了提供基本的二极管接口和具有SMBus / I 2 C兼容接口的数字化功能以外，该系列的IC还具有更多功能。他们可以执行温度变化率计算，然后在温度变化率超过用户设置的限制时提供先发警报。它们还包括电阻误差校正功能，可自动消除由串联电阻引起的温度误差，从而改善了作为温度传感器的二极管性能，从而为热敏二极管的布线提供了更大的灵活性。它们还集成了β补偿功能，以消除由晶体管的低β值和可变β值引起的温度误差，这在当前的精细几何处理器中很常见；并确定最佳的传感器外部二极管/晶体管设置。

诸如此类的IC可转换二极管结，用作低成本但极具挑战性的温度传感器，该二极管需要大量的模拟和数字I / O支持。相反，二极管更易于接口，同时减少了系统处理器不断评估读数，检查警报条件等的需求。这是接口IC如何将旧传感器的使用升级为与当今I / O和处理器需求兼容的传感器的又一个示例。

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编辑：hfy