薄膜鉑電阻SPICE模型溫度掃描用于IC電子電路仿真

作者：Vishay 非線性電阻器產(chǎn)品營銷工程師 Alain Stas

隨著物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 應(yīng)用的出現(xiàn)，電動和混合動力汽車 （EV / HEV） 產(chǎn)量增加，以及工業(yè)自動化市場擴大，精確溫度檢測仿真的需求不斷增長。

解決復(fù)雜的機電一體化問題需要強大計算軟件，因此需要有效電子器件模型—包括無源器件模型。

盡管有源器件SPICE模型已有幾十年，但顯然依舊很難獲得無源組件制造商的實用模型。因此，只能使用通用模型，雖然定性準確，但仍需優(yōu)化。

本文介紹一種含有一個中央無源器件溫度傳感器的通用IC電子設(shè)計，制造商新的精確模型增加了應(yīng)用價值。

我們將討論2017年Analog Devices公司（ADI） 推出的 LTC2063，其供電電流低至2 μA （參考文獻1）。

用于溫度傳感器應(yīng)用時，這個IC 的電路圖如圖1所示。

圖1

溫度檢測輸入信號由同時生產(chǎn)其他無源器件的Vishay公司表面貼裝鉑溫度傳感器提供 （參考文獻2中PTS1206 1B類傳感器）。自通過AEC-Q200認證以來，這種線性溫度傳感器已在汽車應(yīng)用中廣泛流行。例如，高溫下需要保持極高穩(wěn)定性時，它是表面貼裝NTC器件理想的替代解決方案。與NTC相比，PTS整個溫度范圍內(nèi)電氣響應(yīng)線性度也是其一大優(yōu)勢。例如，盡管比RTD更靈敏，但即使經(jīng)過一些線性化處理，NTC也無法在-40°C至85°C保持相同的近乎理想的線性度。

當(dāng)然，Analog Devices公司為這個電路提供了非常實用的LTspice模型 （參考文獻3），其中PTS傳感器為可變電阻，如圖2所示。

圖2

如果對仿真有一定了解，器件工程師很容易注意到一個細節(jié)。雖然我們在此所示溫度測量電路的整體溫度精度為±1°C，但SPICE指令或Vishay PTS定義并未給出可變溫度 （全局環(huán)境溫度）。

因此，在這種特殊情況下，我決定在仿真中直接引入直流 （DC） 溫度掃描SPICE模型，避免LTC2063用戶詳細查看PTS數(shù)據(jù)手冊。我們來看圖3，現(xiàn)在我們可以：

- 掃描溫度變量

- 顯示溫度允差對PTS的影響

- 微調(diào)反饋電阻值

- 用所有無源元件 （固定電阻，PTS） 的蒙特卡洛公差測試電路

- 以°C為單位計算LTC2063輸出的有效精度 （見圖4）

圖3

圖4

上部窗格：LTC2063線性輸出電壓與溫度的關(guān)系。

下部窗格：偏移溫度讀數(shù)與輸出電壓的線性偏差 （考慮25°C下1 V輸出和靈敏度10 mV /°C）。

圖4的結(jié)果表明，即使從所有允差角度看，這個電路隨溫度變化的線性輸出 （上部窗格） 總體精度集中在 ± 1°C （下部窗格） QED范圍內(nèi)。

我們甚至可以進一步分析，引入PTS傳感器溫度隨時間產(chǎn)生的動態(tài)變化，這需要使用傳感器的另一種SPICE模型。

然后，我們可以論證傳感器時間響應(yīng)延遲對應(yīng)用的重要影響：我們可以測試0805、0603或更小外形尺寸的傳感器。

不管怎樣，我們有明確的示例表明，傳感器制造商直接創(chuàng)建的SPICE模型為IC自身的仿真提供了很好的補充。

這個示例還表明，溫度檢測仿真領(lǐng)域存在大量開發(fā)的可能性。如想了解這些令人興奮的發(fā)展，讀者可在以下URL查看本文介紹的仿真技術(shù)：

http://www.vishay.com/videos/resistors/hands-on-electronic-simulation-of-an-optimized-linear-output-temperature-sensing-circuit.html

參考文獻：

1） web ： https://www.analog.com/en/products/ltc2063.html

2） web： https://www.vishay.com/docs/28899/ptsat.pdf

3）web： https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html