熱敏電阻測量的最佳方法

對于電流激勵來說，一般情況下，參考電阻阻值應(yīng)大于等于NTC熱敏電阻最高阻值。而熱敏電阻的最高阻值取決于系統(tǒng)中測量的最低溫度。這么做的好處是，確保了傳感器和參考電阻之間產(chǎn)生的電壓始終在后續(xù)電路的采集范圍內(nèi)。

對于電壓激勵來說，標稱電阻低的熱敏電阻，也可以使用電壓激勵。然而，用戶必須確保通過傳感器的電流在任何時候?qū)鞲衅鞅旧砘驊?yīng)用而言都不會太大。

當使用標稱電阻大、溫度范圍大的熱敏電阻時，電壓激勵更容易實現(xiàn)。較大的標稱電阻確保標稱電流處于合理水平。然而，設(shè)計者需要確保電流在應(yīng)用支持的整個溫度范圍內(nèi)處于可接受的水平。

可編程增益級vs.動態(tài)激勵電流

熱敏電阻在低溫度下具有較大的電阻，則會導(dǎo)致激勵電流值非常低, 而在高溫下通過熱敏電阻產(chǎn)生的電壓很小。為了優(yōu)化這些低電平信號的測量，可以使用可編程增益級。然而，當熱敏電阻的信號電平隨溫度顯著變化時，需要動態(tài)編程增益。

另一種方法是，增益固定不變，但使用動態(tài)激勵電流。隨著熱敏電阻信號電平的變化，激勵電流值會動態(tài)變化，從而使熱敏電阻上產(chǎn)生的電壓在電子設(shè)備的指定輸入范圍內(nèi)。

在熱敏電阻頂部放置一個電阻并施加穩(wěn)定的電壓。溫度變化時，熱敏電阻中的電阻也會發(fā)生變化，從而改變頂部電阻兩端的壓降。分壓電阻器中心的輸出為模擬電壓，將由ADC測量。

比率度

比率度是描述捕獲的ADC值的術(shù)語。該值可與輸入和/或電源電壓的變化成比例地變化。當提供給溫度感測電路的分壓器的VCC電源也提供用于VREF的電壓時，則稱其為比率度。VCC的任何變化都將在分壓器和VREF處同等同時變化，從而影響ADC的測量值，讓這些源之間的潛在差分誤差最小。

比率度方法可以增加系統(tǒng)中的總精度。在實現(xiàn)不使用平均或過采樣的基于熱敏電阻的溫度傳感器時，為分壓器和ADC的VREF使用相同的電源非常重要。

比率度，由同一電源供電的電阻分壓器和VREF供電

ADC的位數(shù)將決定分辨率而非精度。分辨率是ADC用來測量施加到ADC管腳的模擬電壓的步長。分辨率的位數(shù)以及參考電壓（VREF）將設(shè)置ADC的步長值。

一個10位ADC將具有2^10=1024位，而3.3VDC的VREF將為每個ADC位提供3.3/1024=0.003226VDC的分辨率。一個16位ADC將具有65536位的總分辨率，每位分辨率為0.000005035VDC。ADC位數(shù)越多將意味著更高的測量分辨率。

請勿將精度與分辨率混淆。分辨率是指能夠看到被測電路值的變化。用于溫度測量的典型ADC的分辨率為12-16位。您會發(fā)現(xiàn)8位或10位ADC不能提供足夠的分辨率來查看熱敏電阻的精度，且具有較大的溫度步長，通常不可接受。

過采樣是一種平均測量值的方法，可提高分辨率和信噪比。過采樣的工作原理是將多個帶有噪聲的溫度測量值相加，然后進行平均，得到一個更精確的數(shù)值。每超過8個過采樣，分辨率將增加2位。16次過采樣會將10位ADC的總分辨率提高到14位。如果噪聲高于Nyquist頻率，則可在應(yīng)用程序中使用任意數(shù)量的樣本（N＃份樣本）來獲得設(shè)計所需的分辨率。Nyquist速率是您期望獲得實際溫度讀數(shù)的頻率。樣本總數(shù)必須比實際所需溫度結(jié)果快至少N＃倍。

在使用過采樣方法時，在輸入信號中添加一些抖動噪聲可改善分辨率誤差。許多實際應(yīng)用中，噪聲小幅增加可大幅提高測量分辨率。在實踐中，將抖動噪聲置于測量感興趣的頻率范圍之外，隨后可以在數(shù)字域中濾除這些噪聲，從而在感興趣的頻率范圍內(nèi)進行最終的測量，同時具有更高的分辨率和更低的噪聲。

提供抖動噪聲的更佳方法是將熱敏電阻分壓器的Vcc和VREF.分開（將MCU的內(nèi)部VREF用于ADC）。請勿在電阻分壓器電壓檢測線上放置電容器。許多情況下，電路噪聲將足以使電阻分壓器的電壓抖動，以求平均值。抖動噪聲必須等于4位或更多位振幅。10位具有3.3VDC VREF的ADC將擁有0.0032VDC的電壓步長。抖動噪聲必須至少是預(yù)期溫度測量值上下的4位分辨率。10位ADC的最小抖動噪聲必須高于ADC的最低有效位（LSB）+/- 0.0128VDC（0.0256VDC p-p）或更高，以提供必要的電平，從而通過求平均值適當提高ADC的位分辨率。

在ADC讀取一個位值并計算溫度后，您可將該值存儲在先進先出（FIFO）軟件陣列中。當新值輸入陣列時，最舊的樣本將被丟棄，所有其他樣本都將移至下一個對應(yīng)的單元，從而創(chuàng)建一個FIFO。該求平均值方法可應(yīng)用于溫度轉(zhuǎn)換過程中使用的任何值，例如溫度、ADC位值、分壓器電壓，甚至計算得出的電阻。所有這些因素平均下來都將很好地發(fā)揮作用。

審核編輯：劉清