探索LMT85：高精度模拟温度传感器的卓越之选

在电子设备的设计中，温度传感器是至关重要的组件，它能够精确测量温度，为设备的稳定运行提供保障。今天，我们将深入了解一款性能出色的模拟温度传感器——LMT85。

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1. 产品概述

LMT85是德州仪器（TI）推出的一款1.8 - V，具备SC70/TO - 92/TO - 92S封装的模拟温度传感器。它拥有众多令人瞩目的特性，适用于多种应用场景。

1.1 主要特性

• 高精度：典型精度可达±0.4°C，能为温度测量提供可靠的数据。例如在对温度精度要求较高的医疗设备或工业自动化系统中，LMT85可以准确地测量温度，确保系统的稳定运行。
• 低电压运行：支持低至1.8 - V的电源电压，同时静态电流低至5.4 - µA，非常适合电池供电的应用，如无人机、传感器节点等，能够有效延长电池续航时间。
• 宽温度范围：工作温度范围为–50°C至150°C，可适应各种恶劣的环境条件。无论是在寒冷的极地地区还是高温的工业熔炉旁，LMT85都能正常工作。
• 快速热响应：以LMT85LPG（TO - 92S封装）为例，其热时间常数典型值为10 - s（1.2 m/s气流），相比传统的热敏电阻，能够更快地响应温度变化，在烟雾和热探测器等对时间 - 温度敏感的应用中表现出色。
• 输出保护：输出具备短路保护功能，并且采用推挽输出，驱动能力为±50 - µA，能够稳定地输出与温度成反比的线性模拟电压。
• 兼容性好：引脚布局与行业标准的LM20/19和LM35温度传感器兼容，为工程师在设计时提供了便利，可轻松替换原有传感器。
• 成本效益高：作为热敏电阻的经济替代方案，LMT85在保证性能的同时，降低了成本。

1.2 应用领域

LMT85的特性使其在多个领域得到广泛应用，包括但不限于：

• 汽车领域：如信息娱乐系统、集群系统、动力总成系统等，为汽车电子设备提供精确的温度监测。
• 安防领域：烟雾和热探测器，能够快速准确地检测温度变化，及时发出警报。
• 消费电子：无人机、家电等，确保设备在不同温度环境下的正常运行。

2. 技术规格

2.1 绝对最大额定值

• 电源电压范围为−0.3至6 V。
• 输出引脚电压范围为−0.3至(VDD + 0.5) V。
• 输出电流范围为–7至7 mA。
• 任何引脚的输入电流范围为–5至5 mA。
• 最大结温为150 °C，存储温度范围为–65至150 °C。

2.2 ESD评级

不同封装的LMT85在人体模型（HBM）和带电设备模型（CDM）下都有一定的静电放电保护能力。例如，LMT85LP在TO - 92/TO - 92S封装下，HBM为±2500 V，CDM为±1000 V；LMT85DCK在SC70封装下，HBM为±2500 V，CDM为±1000 V。这意味着在使用和处理LMT85时，需要注意静电防护，避免静电对芯片造成损坏。

2.3 推荐工作条件

• 温度范围为−50°C至150°C。
• 电源电压范围为1.8至5.5 V。

2.4 热信息

不同封装的LMT85具有不同的热阻参数，如结到环境热阻（RθJA）、结到外壳（顶部）热阻（RθJC(top)）等。这些参数对于评估芯片的散热性能和温度上升情况非常重要。例如，LMT85 - Q1的DCK（SOT/SC70）封装的RθJA为275 °C/W，而LMT85LPG的TO - 92S封装的RθJA为130.4 °C/W，说明LMT85LPG在散热方面可能具有更好的表现。

2.5 精度特性

在不同的温度和电源电压条件下，LMT85的温度精度有所不同。例如，在TA = TJ = 20°C至150°C，VDD = 1.8 V至5.5 V的条件下，典型精度为±0.4°C，最大误差为±2.7°C。工程师在设计时需要根据具体的应用场景和精度要求，选择合适的工作条件。

2.6 电气特性

• 平均传感器增益：典型值为–8.2 mV/°C，反映了输出电压随温度变化的斜率。
• 负载调节：源电流和灌电流在一定范围内时，负载调节的典型值分别为–0.22 mV和0.26 mV。
• 线路调节：典型值为200 μV/V。
• 电源电流：在不同温度范围内，电源电流有所变化，典型值为5.4 μA。
• 输出负载电容：最大可驱动1100 pF的负载电容。
• 上电时间：典型值为0.7 ms，能够快速稳定输出。
• 输出驱动：输出驱动能力为±50 µA，可满足大多数应用的需求。

3. 详细描述

3.1 工作原理

LMT85的温度传感元件由一个简单的基极 - 发射极结组成，通过电流源进行正向偏置。该传感元件的信号经过放大器缓冲后，从OUT引脚输出。放大器采用推挽输出级，提供低阻抗输出源。

3.2 传输函数

LMT85的输出电压与温度之间的关系可以用传输表（Table 3）来表示，也可以通过抛物线方程进行近似计算： [V{TEMP }(mV)=1324.0 mV-left[8.194 frac{mV}{^{circ} C}left(T - 30^{circ} Cright)right]-left[0.00262 frac{mV}{^{circ} C^{2}}left(T - 30^{circ} Cright)^{2}right]] 同时，也可以通过线性方程进行更简单的近似： [V - V{1}=left(frac{V{2}-V{1}}{T{2}-T{1}}right) timesleft(T - T_{1}right)] 在实际应用中，工程师可以根据具体需求选择合适的计算方法。

3.3 功能模式

3.3.1 安装和热传导

LMT85可以像其他集成电路温度传感器一样方便地安装，可以粘贴或固定在表面。为了确保良好的热传导，芯片背面直接连接到GND引脚。同时，引脚的焊盘和走线的温度也会影响温度测量结果。此外，LMT85还可以安装在密封端金属管内，用于浸入液体或拧入罐体的螺纹孔中。但需要注意的是，要保持芯片及其布线和电路的绝缘和干燥，避免因潮湿导致短路，影响测量结果。可以使用印刷电路板涂层来防止湿气腐蚀引脚和电路走线。

3.3.2 输出和噪声考虑

推挽输出使LMT85能够吸收和提供较大的电流，适合驱动动态负载，如模数转换器（ADC）的输入级。在测试中，测量了LMT85的电源噪声增益，典型的衰减情况可以参考典型特性图（Figure 8）。在输出端添加负载电容可以帮助过滤噪声。在噪声较大的环境中，建议在LMT85附近约5厘米内添加旁路电容，以降低电源噪声对输出的影响。

3.3.3 电容负载

LMT85能够较好地处理电容负载。在噪声非常大的环境中，或者驱动ADC的开关采样输入时，可能需要添加一些滤波措施来减少噪声耦合。在不采取任何措施的情况下，LMT85可以驱动小于或等于1100 pF的电容负载。对于大于1100 pF的电容负载，建议在输出端添加串联电阻。具体的串联电阻值可以参考推荐表格：	C LOAD	MINIMUM R S
1.1 nF to 99 nF	3 k Ω
100 nF to 999 nF	1.5 k Ω
1 μ F	800 Ω

3.3.4 输出电压偏移

由于NMOS/PMOS轨到轨缓冲器的固有特性，当电源电压在工作范围内变化时，输出可能会出现轻微的偏移。这种偏移通常在(V{DD}-V{OUT}=1 ~V)时发生，偏移量约为几毫伏，且在较宽的(V{DD})或(V{OUT})变化（约200 mV）和5°C至20°C的温度变化范围内发生。不过，输出电压始终保持单调，并且精度规格表中已经考虑了这种可能的偏移。

4. 应用与实现

4.1 连接到ADC

在将LMT85连接到ADC时，大多数CMOS ADC在充电采样电容时需要从模拟源（如LMT85）获取瞬时电荷。为了满足这一需求，可以添加一个电容（(C{FILTER})）。(C{FILTER})的大小取决于采样电容的大小和采样频率，不同的ADC输入级可能有不同的电荷需求。

4.2 节能关机

由于LMT85的功耗小于9 µA，可以直接由任何逻辑门输出供电，甚至可以直接由微控制器的GPIO供电。在电池供电的系统中，为了节省电量，可以通过将LMT85的(V_{DD})引脚直接连接到微控制器的逻辑关机信号来实现关机功能。

5. 电源供应建议

LMT85的低电源电流和较宽的电源范围（1.8 V至5.5 V）使其可以方便地从多种电源获取能量。电源旁路电容是可选的，主要取决于电源的噪声情况。在噪声较大的系统中，建议添加旁路电容以降低耦合到LMT85输出的噪声。

6. 布局建议

LMT85的布局非常简单。如果使用电源旁路电容，应按照布局示例进行连接。不同封装的LMT85有相应的推荐布局，如SC70封装、TO - 92 LP封装和TO - 92 LPM封装等。

7. 设备和文档支持

7.1 文档更新通知

可以通过访问ti.com上的设备产品文件夹，点击右上角的“Alert me”进行注册，以接收文档更新的每周摘要。同时，可以查看修订历史了解具体的更改细节。

7.2 社区资源

TI提供了丰富的社区资源，如TI E2E™在线社区，工程师可以在其中与其他工程师交流、提问、分享知识和解决问题。此外，还可以通过Design Support快速找到有用的E2E论坛、设计支持工具和技术支持联系方式。

7.3 静电放电注意事项

LMT85的内置ESD保护有限，在存储或处理时，应将引脚短接或放置在导电泡沫中，以防止静电对MOS栅极造成损坏。

总结

LMT85作为一款高性能的模拟温度传感器，凭借其高精度、低功耗、宽温度范围等特性，在多个领域都有广泛的应用前景。工程师在设计时，可以根据具体的应用需求，合理选择封装形式，注意安装和布局，以及电源和噪声处理等方面的问题，以充分发挥LMT85的性能优势。你在使用LMT85或其他温度传感器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。