Интегральные датчики температуры Analog Devices с цифровым выходом

Задачу измерения температуры рано или поздно приходится решать практически любому разработчику. Компания "Промэлектроника" предлагает широкий выбор датчиков температуры производства Analog Devices, Inc. 
Существуют два варианта решения – взять отдельный датчик и самостоятельно разработать схемотехнику измерительного тракта или использовать интегрированное решение. Выбор варианта зависит от требований конкретного проекта. Преимущества интегрированного решения очевидны и становятся особенно заметными в случае, когда результат измерения требуется передать в цифровом виде по стандартному коммуникационному интерфейсу.
Варианты готовых интегрированных решений имеются у многих компаний, но, пожалуй, самый большой выбор предоставляет компания Analog Devices. В ее продуктовой линейке можно найти датчики с разной погрешностью, величиной разрешения, напряжением питания, аналоговым и цифровым выходом и т.д. 
Остановимся на датчиках с цифровым выходом и оставим за рамками рассмотрения датчики с аналоговым выходом, температурные реле и сложные многоканальные измерительные системы. В этом случае на выбор представлено свыше 20 микросхем. Все они оснащены чувствительным элементом датчика температуры. Поскольку в рамках одной небольшой статьи нельзя привести параметры всех микросхем, мы ограничимся сводкой обобщенных параметров интегральных датчиков:

• напряжение питания: 2,7 - 5,5…3 - 36 В;
• ток потребления (макс.): 0,1 - 3 мА;
• диапазон измеряемых температур: -40…125°С…-55…175°С;
• погрешность измерений: ±0,1…±4°С;
• дискретность преобразования: 10 - 16 бит;
• разрешение, °С/дискрета: 0,0078 - 0,25;
• интерфейсы: I2C, SPI;
• количество выводов корпуса: 5 - 16.

Многообразие параметров позволит практически наверняка подобрать требуемый датчик исходя из его технических данных и стоимости. Немного подробнее рассмотрим два датчика, находящиеся по стоимости на разных полюсах продуктовой линейки компании. Стоимость первого из них – ADT7302 – около 1 долл. Он в шесть-семь раз дешевле второго – ADT7420. Окончательная цена датчиков зависит от объема заказа. 
Структурная схема датчика ADT7420 приведена на рисунке 1.

 
Рисунок 1. Структурная схема датчика ADT7420.

Как видно из рисунка, датчик ADT7420 представляет собой функционально законченный компонент, который может входить в систему сбора и обработки данных или работать автономно. Предусмотрены три пороговых значения температуры: критический, высокий, низкий. Их значение, а также конфигурация датчика программируются в специальных регистрах. При выходе за пределы этих значений на выводах микросхемы формируются сигналы, которые хост-устройство может использовать в качестве прерываний. Основные параметры датчика ADT7420:• напряжение питания: 2,7–5,5 В;

• рассеиваемая мощность при питании 3,3 В: 700 мкВт;
• рассеиваемая мощность в режиме останова: 7 мкВт;
• диапазон измерения температуры:  -40…150°С;
• погрешность измерений (макс.): ±0,2…±0,25°С;
• дрейф температуры: 0,0073°С;
• дискретность преобразования: 16 бит;
• разрешение, °С/дискрета: 0,0078;
• интерфейс: I2C;
• корпус: LFCPS 16 (4×4 мм).

Иная идея заложена при разработке датчика ADT7302: в этом случае преследовалась цель создать экономичный и простой в использовании датчик температуры (см. рисунок 2).​

 
Рисунок 2. Структурная схема датчика ADT7302.

• напряжение питания: 2,7 - 5,25 В;
• рассеиваемая мощность при питании 3,3 В: 631 мкВт;
• рассеиваемая мощность в режиме останова: 4,88 мкВт;
• диапазон измерения температуры: -40…125°С;
• погрешность измерений (макс.): ±2°С;
• дискретность преобразования: 13 бит;
• разрешение, °С/дискрета: 0,03125;
• интерфейс: SPI;
• корпус: SOT23 или MSOP.

Датчик ADT7302 предназначен для малогабаритных приложений, он хорошо подходит также для систем с батарейным питанием. Величину тока потребления в режиме останова можно значительно уменьшить с 0,35 до 0,08 мкА, уменьшив напряжение питания с 5 до 2,7 В. График зависимости тока потребления в режиме останова от напряжения питания приведен на рисунке 3. При уменьшении питания на 35 мкА уменьшается и ток потребления в активном режиме.

Рисунок 3. График зависимости тока потребления ADT7302
 

В случае интегрального решения уменьшение напряжения питания едва ли приведет к ухудшению соотношения сигнал/шум, как это происходит, когда измерительный тракт построен из отдельных компонентов и внешние помехи наводятся на проводники печатной платы. Размещение всех компонентов на одном кристалле значительно уменьшает длину проводников, что сокращает и воздействие помех. Это еще одно преимущество интегрального решения.

Возможно, единственной проблемой, на которую следует обратить внимание после выбора датчика ADT7302, является необходимость уменьшить пульсации напряжения питания в частотном диапазоне от 300 кГц. Поскольку сильные пульсации могут существенно увеличить погрешность измерения, требуется принять меры к тому, чтобы в указанном диапазоне их величина не превышала нескольких мВ. Достичь таких результатов совсем не сложно – достаточно правильно выбрать POL-преобразователь или, что еще лучше, использовать LDO-стабилизатор. Малое потребление датчика позволяет обойтись только одним керамическим байпасным конденсатором, подключенным к выводу питания. Никаких других внешних компонентов не требуется.