高準確度 (±1°C) 溫度檢測器改善了系統(tǒng)性能和可靠性

趨向日益密集的計算能力之發(fā)展已經(jīng)增大了與熱量有關的挑戰(zhàn)。在很多系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)的能力對整體性能構成了很大的限制。標準冷卻組件 (笨重的散熱器和耗費大量功率、充滿噪聲的風扇、或安靜但昂貴的風扇) 會給組件排列緊密的電子產品增加了尺寸限制。最大限度地提高性能、最大限度地降低冷卻要求并確保電子產品正常工作的惟一方法是在系統(tǒng)各處采用準確、精密和全面的溫度監(jiān)視。

考慮到這一點，凌力爾特公司開發(fā)了高度準確的溫度監(jiān)視器系列，該系列產品可以非常容易地放置在系統(tǒng)各處。這個系列包括：

LTC®2997 可準確測量其自身的溫度或一個外部二極管的溫度。

LTC2996 增加了監(jiān)視功能，它將所測得的溫度與一個高溫或低溫門限進行比較，通過開漏報警輸出，就任何溫度過高情況發(fā)出通知。

LTC2995 整合了 LTC2996 和一個雙路電源電壓監(jiān)視器，能測量溫度、將溫度與可配置門限進行比較，并監(jiān)察兩個電源電壓。

LTC2997 是一款纖巧的高準確度溫度檢測器

LTC2997 采用 2mm x 3mm 6 引腳 DFN 封裝，非常適合測量 FPGA 或微處理器的溫度，如圖 1 所示。

圖 1：遠端 CPU 溫度檢測器

為此，LTC2997 向 FPGA 或微處理器的溫度監(jiān)視二極管發(fā)送測量電流，并在其 VPTAT 輸出上產生與二極管溫度成比例的電壓。LTC2997 還在 VREF 輸出提供一個 1.8V 的基準電壓，該基準電壓可用作 FPGA 或微處理器中內置 ADC 的基準電壓。對于這種采用外部檢測器組件的配置，在 0°C 至 100°C 的溫度范圍內，其測量誤差保證為 ±1°C，在 -40°C 至 125°C 的溫度范圍內保證為 ±1.5°C。典型溫度測量誤差會是小得多的，如圖 2 所示。

圖 2：溫度誤差隨溫度的變化 (LTC2997 與遠端二極管的溫度相同)

ERROR：誤差

通過將 D+ 引腳連接到 VCC，就可將 LTC2997 配置為使用其內部溫度檢測器。VPTAT 電壓有一個 4mV/K 的斜坡，每 3.5ms 更新一次。

工作原則

LTC2997 在多個測試電流上測量二極管電壓，并用該測量值消除任何受工藝影響的誤差和串聯(lián)電阻誤差，因而實現(xiàn)了令人贊嘆的準確度。

從二極管方程中可以解出 T，其中 T 是開氏溫度，IS 是工藝影響因數(shù)，量級為 10-13A，η 是二極管理想性因數(shù)，k 是波爾茲曼常數(shù) (Boltzmann constant)，q 是電子電荷：

從這個方程看出，溫度和電壓之間是有聯(lián)系的，其聯(lián)系取決于受工藝影響的變量 IS。在兩個不同的電流上測量同一個二極管 (IS 值相同)，產生一個與 IS 無關的表達式。自然對數(shù)項中的值變成了兩個電流的比值，該比值是不受工藝影響的:

與遠端二極管串聯(lián)的電阻提高了在每個測試電流上所測得的電壓，因此導致了正的溫度誤差。復合電壓等于：

其中 RS 是串聯(lián)電阻。

LTC2997 通過減去一個消除電壓 (參見圖 3a)，從檢測器信號中去掉了這個誤差項。電阻提取電路用一個額外的測量電流 (I3) 來確定測量通路中的串聯(lián)電阻。一旦確定了正確的電阻值，VCANCEL 就等于 VERROR?，F(xiàn)在，由于串聯(lián)電阻和檢測器溫度可以利用電流 I1 和 I2 確定，所以溫度至電壓轉換器的輸入信號就免除了誤差。

高達 1k 的串聯(lián)電阻一般引起低于 1°C 的溫度誤差，如圖 3b 所示，這使 LTC2997 成為讀出與溫度管理系統(tǒng)相距幾米遠的二極管檢測器讀數(shù)之理想器件。確實，最長距離更加受制于線路電容而不是線路電阻。大于 1nF 的電容會在各種不同的檢測點上影響檢測器電壓的穩(wěn)定性，因此引入了額外的溫度讀數(shù)誤差。例如，一條 10m 長的 CAT 6 電纜具有大約 500pF 的電容。