MCU內(nèi)部溫度傳感器的特性及應(yīng)用事項(xiàng)

大多數(shù)32位MCU都有一項(xiàng)非常實(shí)用的功能——內(nèi)部集成了一個(gè)溫度傳感器，這個(gè)溫度傳感器產(chǎn)生一個(gè)隨溫度線性變化的電壓VTS。

因?yàn)槭莾?nèi)置, 測(cè)試的當(dāng)然是芯片內(nèi)部溫度, 這對(duì)控制芯片發(fā)熱和保障MCU健康運(yùn)行非常重要。對(duì)于一些惡劣的應(yīng)用環(huán)境，可以通過(guò)檢測(cè)芯片內(nèi)部而感知設(shè)備的工作環(huán)境溫度, 如果溫度過(guò)高或者過(guò)低，就觸發(fā)進(jìn)入睡眠狀態(tài)或者停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

圖1. AT32單片機(jī)芯片內(nèi)含溫度傳感器

如果芯片外接負(fù)載不變，那么芯片的發(fā)熱也基本穩(wěn)定，相對(duì)于外界的溫度而言，溫度變化值也是基本穩(wěn)定的。就是說(shuō)，也可以用MCU芯片的內(nèi)置傳感器來(lái)測(cè)量外界環(huán)境的溫度。以下以AT32 MCU為例，說(shuō)明內(nèi)置溫度傳感器應(yīng)用和評(píng)估測(cè)試方法，并提供測(cè)試數(shù)據(jù)供使用者設(shè)計(jì)參考。

內(nèi)部傳感器特性

AT32單片機(jī)芯片內(nèi)含溫度傳感器，它產(chǎn)生一個(gè)隨溫度線性變化的電壓，在內(nèi)部被連接到ADC1_IN16的輸入通道上，用于將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換到數(shù)字?jǐn)?shù)值。

圖2. AT32 MCU的溫度傳感器特性

以AT32F413為例，只要遵守以下公式，即可求得目前溫度傳感器量測(cè)出的溫度：

溫度(°C) = {(V25 - VSENSE) / Avg_Slope} + 25

這里：V25 = VSENSE在25 °C時(shí)的數(shù)值，Avg_Slope = 溫度與VSENSE曲線的平均斜率(單位為mV/°C)，VSENSE為溫度傳感器經(jīng)由ADC轉(zhuǎn)換出的電壓換算成mV，再依照上述公式，只要將V25帶入典型值1280mV，Avg_Slope帶入-4.20mV/°C即可求得。

圖3為套用典型值計(jì)算出的溫度與傳感器輸出電壓(VSENSE)的特性曲線。

圖3. VSENSE對(duì)溫度理想曲線圖

應(yīng)用此溫度傳感器需注意因生產(chǎn)過(guò)程的變化，每個(gè)芯片的溫度傳感器V25具有相對(duì)大的偏移，若以Avg_Slope典型值來(lái)?yè)Q算相當(dāng)于47.6°C，最小值與最大值一般會(huì)有最多200mV的誤差。因此，內(nèi)部溫度傳感器更適合于檢測(cè)溫度的變化，而不是測(cè)量絕對(duì)的溫度。

內(nèi)部溫度傳感器的使用

AT32芯片的溫度傳感器在內(nèi)部被連接到ADC1_IN16的輸入通道上，用于將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換到數(shù)字?jǐn)?shù)值。這個(gè)數(shù)值為溫度的變化數(shù)，而非絕對(duì)溫度。

AT32芯片溫度傳感器為內(nèi)部弱電壓源，ADC進(jìn)行采樣時(shí)需要足夠時(shí)間讓VSENSE輸出為采樣電路達(dá)到充放電平衡而穩(wěn)定，使用者需確實(shí)遵照數(shù)據(jù)手冊(cè)中的TS_TEMP參數(shù)為內(nèi)部溫度傳感器設(shè)置足夠的采樣時(shí)間，以獲得正確的轉(zhuǎn)換數(shù)值。

在3.6V、3.3V和2.6V操作電壓下，不同AT32溫度傳感器的Avg_Slope在各電壓條件下幾乎一致。但細(xì)部分析，就發(fā)現(xiàn)各芯片V25參數(shù)之間具有相對(duì)較大的差異，這是造成AT32溫度傳感器量測(cè)與實(shí)際溫度徧差的主要原因。若以軟件校正偏移量(offset)后或僅作為相對(duì)溫度量測(cè)時(shí)，在芯片全溫度-40到105°C操作范圍內(nèi)，溫度誤差(線性度)可以達(dá)到±2°C之內(nèi)。

但若未做偏移校正或用以量測(cè)絕對(duì)溫度，因溫度傳感器本身架構(gòu)于芯片生產(chǎn)過(guò)程的變化，溫度變化曲線的偏移在不同芯片上會(huì)有明顯差異。因此，建議AT32芯片內(nèi)部溫度傳感器僅用作檢測(cè)溫度的變化，而不是測(cè)量絕對(duì)的溫度。如果需要測(cè)量精確的溫度值，應(yīng)該使用一個(gè)外置的溫度傳感器。

審核編輯：湯梓紅