汽車傳感器的種類介紹

金屬1和金屬2之間的結(jié)為主熱電偶結(jié)。金屬1和金屬2與測量裝置銅線或印制板(PCB)引線的接觸位置形成了額外的熱電偶。

除圖5所示所有元件外，Maxim還提供用于K型熱電偶信號調(diào)理的器件MAX6*。這些器件簡化了設計任務，并顯著降低對熱電偶輸出放大、冷端補償及數(shù)字化處理的元件數(shù)量。

圖5 熱電偶信號調(diào)理電路示例

溫度傳感器IC

溫度傳感器IC充分利用了硅PN結(jié)所具備的線性度和預知的溫度特性等優(yōu)勢。由于這些IC都是采用常規(guī)半導體工藝制成的有源電路，可提供各種外形封裝。這些器件具備許多功能，例如：數(shù)字接口、ADC輸入、風扇控制等，這是其它技術(shù)無法提供的。溫度傳感器IC的工作溫度范圍可低至-55°C、高達+125°C，部分產(chǎn)品的溫度上限可以達到+150°C左右。以下介紹了常見的溫度傳感器IC。

模擬溫度傳感器

模擬溫度傳感器IC將溫度轉(zhuǎn)換成電壓，有些情況下則轉(zhuǎn)換成電流。最簡單的電壓輸出模擬溫度傳感器只有三個有效端：地、電源輸入和信號輸出。其它具有增強功能的模擬傳感器提供更多的輸入或輸出，例如比較器或電壓基準輸出。

模擬溫度傳感器利用雙極型晶體管的溫度特性產(chǎn)生與溫度成比例的輸出電壓。對這一電壓信號進行放大并施加一定的偏置，可以使傳感器輸出電壓與管芯溫度形成適當?shù)淖兓P系，獲得較高的溫度測量精度。例如，DS600業(yè)內(nèi)精度最高的模擬溫度傳感器，在-20°C至+100°C溫度范圍內(nèi)保證誤差小于±0.5°C。

本地數(shù)字溫度傳感器

將模擬溫度傳感器與ADC集成在一起即可形成直接輸出數(shù)字信號的溫度傳感器。這種器件通常稱為數(shù)字溫度傳感器或本地數(shù)字溫度傳感器?！氨镜亍北硎緜鞲衅鳒y量的是自身溫度。這種工作方式相對于遠端傳感器，后者用于測量外部IC或分立晶體管的溫度。

基本的數(shù)字溫度傳感器只是簡單地測量溫度，溫度數(shù)據(jù)通過各種特定接口讀取，接口類型包括：1-Wire?、I?C、PWM 和3線。復雜的數(shù)字傳感器具備更多功能，例如：高溫/低溫報警輸出、設置觸發(fā)門限的寄存器及EEPROM等。Maxim提供多款本地數(shù)字溫度傳感器，包括DS7505和DS18B20，能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保證±0.5°C的精度。

遠端數(shù)字溫度傳感器

遠端數(shù)字溫度傳感器又稱為遠端傳感器或二極管溫度傳感器。遠端傳感器用于測量外部晶體管的溫度，可以采用分立晶體管，也可以采用集成在另一IC內(nèi)部的晶體管，如圖4所示。微處理器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA）及ASIC往往包含一個或多個溫度傳感器，通常稱為溫度二極管，與圖6所示類似。

圖6 利用遠端溫度傳感器MAX 6642監(jiān)測外部IC管芯的晶體管(或溫度二極管)溫度

遠端溫度傳感器具有一個重要優(yōu)勢：可以利用單片IC監(jiān)測多點溫度。一個基本的單芯片遠端傳感器，例如，圖4中的MAX 6642，可以監(jiān)測兩個溫度：自身溫度和外部溫度。外部位置可以是目標IC的管芯，如圖4所示，也可以是被監(jiān)測電路板的某個溫度監(jiān)測點(采用分立式晶體管)。有些遠端傳感器可以監(jiān)測最多7個位置的外部溫度。這樣的話，包括IC和電路板的溫度監(jiān)測點在內(nèi)，單芯片能夠監(jiān)測多達8個位置。以MAX6602 為例，該溫度傳感器具有4路遠端二極管輸入，能夠監(jiān)測1對集成溫度二極管的FPGA、2個電路板的溫度監(jiān)測點(采用分立晶體管)以及MAX6602所在位置的電路板溫度。MAX6602和MAX 6642 在測量外部溫度二極管時都能達到±1°C的精度。

電流、光信號及接近檢測

概述

電流檢測對于很多應用都十分關鍵，有兩種常見的測量方法。

1.一種方法通常用于大電流檢測，往往用來監(jiān)測電源。典型應用包括：短路檢測、瞬態(tài)檢測以及電池反接檢測。

2.電流檢測還用于那些需要檢測弱電流(低至微安級)的系統(tǒng)，例如：光照下能夠產(chǎn)生極小電流的光敏二極管。典型應用包括環(huán)境光檢測、接近檢測以及基于光吸收/發(fā)射的化學過程監(jiān)測。

這些電流檢測技術(shù)都使用了電流檢測放大器(具有多種配置)或互阻放大器(TIA)。以下分別討論各種類型的電流檢測放大器。

采用電流檢測放大器檢測電流

測量電流的技術(shù)有多種，但截至目前為止，最常見的是利用檢流電阻進行測量。這種方法的基本原理是利用基于運放的差分增益級對檢流電阻兩端的電壓進行放大，然后測量放大后的電壓。雖然可以利用分立元件搭建放大電路，但集成電流檢測放大器相對于分立設計具有明顯優(yōu)勢：極小的溫漂、占用極小的印制板(PCB)面積，而且能夠處理較寬的共模范圍。

多數(shù)電流檢測設計采用低邊或高邊檢測。在低邊檢測中，檢流電阻與地通路相串聯(lián)。電路只需處理較低的輸入共模電壓，輸出電壓以地為參考。但是，低邊檢流電阻在接地通路增加了所不希望的電阻。高邊檢測中，檢流電阻與正電源電壓相串聯(lián)。此時負載的一端接地，但高邊電阻必須承受相對較大的共模信號。

圖7 電流檢測信號鏈路框圖

Maxim的高邊電流檢測放大器把檢流電阻連接到電源的正端和被監(jiān)測電路的電源輸入之間。這種設計避免了接地通道的外接電阻，大大簡化電路布局，有助于改善電路的總體性能。Maxim提供的單向和雙電流檢測IC有些帶有內(nèi)部檢流電阻，有些采用外部檢流電阻。

利用互阻放大器(TIA)檢測光信號

第二種常見的電流測量技術(shù)是利用具有極低輸入偏置電流的運算放大器，例如TIA，它將電流輸入轉(zhuǎn)換成電壓輸出。這種方法適用于電流非常小、波動較大的應用，例如光檢測應用中光敏二極管產(chǎn)生的信號。

一個簡單的光敏二極管就是一個非常準確的光檢測傳感器。光檢測可以用于從基于太陽能的電源管理到精密的工業(yè)過程控制等多種不同應用。由于給定環(huán)境下，光強的變化范圍很大(例如從20klx到100klx)，寬動態(tài)范圍成為光信號檢測的一項關鍵要求。MAX9635等集成方案在器件內(nèi)部集成了一個光敏二極管、放大器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，動態(tài)范圍為0.03lx至130,000lx。

利用光敏二極管進行接近檢測

接近檢測的方案有多種，光敏二極管相對而言能夠提供較高的精度，功耗也更低。光敏二極管受到光照時，將產(chǎn)生與光強成正比的電流。低輸入噪聲、寬帶緩沖器將該電流傳遞給系統(tǒng)的其它部分?？梢赃x用低輸入噪聲放大器，例如MAX9945，提供精確的測量結(jié)果。

傳感器通信接口

傳感器通過模擬或數(shù)字技術(shù)傳輸檢測信息。模擬技術(shù)基于電壓或電流環(huán)；數(shù)字信息則通過CAN 及其它數(shù)據(jù)接口傳輸。

二進制傳感器僅傳輸比特流。通常情況下，被測對象的“有”、“無”利用邏輯電平表示并進行傳輸。此外，當一個對象(例如閥門中的活塞)達到預定的臨界點時，傳感器能夠檢測到這一信息，然后通過二進制接口將信息傳遞給可編程邏輯控制器(PLC)系統(tǒng)。

由于工業(yè)環(huán)境條件惡劣，傳感器接口必須高度可靠，能夠承受各種誤操作和EMI 。