高準確度 (±1°C) 溫度檢測器改善了系統性能和可靠性

趨向日益密集的計算能力之發(fā)展已經(jīng)增大了與熱量有關(guān)的挑戰。在很多系統中，冷卻系統的能力對整體性能構成了很大的限制。標準冷卻組件 (笨重的散熱器和耗費大量功率、充滿(mǎn)噪聲的風(fēng)扇、或安靜但昂貴的風(fēng)扇) 會(huì )給組件排列緊密的電子產(chǎn)品增加了尺寸限制。最大限度地提高性能、最大限度地降低冷卻要求并確保電子產(chǎn)品正常工作的惟一方法是在系統各處采用準確、精密和全面的溫度監視。

考慮到這一點(diǎn)，凌力爾特公司開(kāi)發(fā)了高度準確的溫度監視器系列，該系列產(chǎn)品可以非常容易地放置在系統各處。這個(gè)系列包括：

LTC®2997 可準確測量其自身的溫度或一個(gè)外部二極管的溫度。

LTC2996 增加了監視功能，它將所測得的溫度與一個(gè)高溫或低溫門(mén)限進(jìn)行比較，通過(guò)開(kāi)漏報警輸出，就任何溫度過(guò)高情況發(fā)出通知。

LTC2995 整合了 LTC2996 和一個(gè)雙路電源電壓監視器，能測量溫度、將溫度與可配置門(mén)限進(jìn)行比較，并監察兩個(gè)電源電壓。

LTC2997 是一款纖巧的高準確度溫度檢測器

LTC2997 采用 2mm x 3mm 6 引腳 DFN 封裝，非常適合測量 FPGA 或微處理器的溫度，如圖 1 所示。

圖 1：遠端 CPU 溫度檢測器

為此，LTC2997 向 FPGA 或微處理器的溫度監視二極管發(fā)送測量電流，并在其 VPTAT 輸出上產(chǎn)生與二極管溫度成比例的電壓。LTC2997 還在 VREF 輸出提供一個(gè) 1.8V 的基準電壓，該基準電壓可用作 FPGA 或微處理器中內置 ADC 的基準電壓。對于這種采用外部檢測器組件的配置，在 0°C 至 100°C 的溫度范圍內，其測量誤差保證為 ±1°C，在 -40°C 至 125°C 的溫度范圍內保證為 ±1.5°C。典型溫度測量誤差會(huì )是小得多的，如圖 2 所示。

圖 2：溫度誤差隨溫度的變化 (LTC2997 與遠端二極管的溫度相同)

ERROR：誤差

通過(guò)將 D+ 引腳連接到 VCC，就可將 LTC2997 配置為使用其內部溫度檢測器。VPTAT 電壓有一個(gè) 4mV/K 的斜坡，每 3.5ms 更新一次。

工作原則

LTC2997 在多個(gè)測試電流上測量二極管電壓，并用該測量值消除任何受工藝影響的誤差和串聯(lián)電阻誤差，因而實(shí)現了令人贊嘆的準確度。

從二極管方程中可以解出 T，其中 T 是開(kāi)氏溫度，IS 是工藝影響因數，量級為 10-13A，η 是二極管理想性因數，k 是波爾茲曼常數 (Boltzmann constant)，q 是電子電荷：

從這個(gè)方程看出，溫度和電壓之間是有聯(lián)系的，其聯(lián)系取決于受工藝影響的變量 IS。在兩個(gè)不同的電流上測量同一個(gè)二極管 (IS 值相同)，產(chǎn)生一個(gè)與 IS 無(wú)關(guān)的表達式。自然對數項中的值變成了兩個(gè)電流的比值，該比值是不受工藝影響的:

與遠端二極管串聯(lián)的電阻提高了在每個(gè)測試電流上所測得的電壓，因此導致了正的溫度誤差。復合電壓等于：

其中 RS 是串聯(lián)電阻。

LTC2997 通過(guò)減去一個(gè)消除電壓 (參見(jiàn)圖 3a)，從檢測器信號中去掉了這個(gè)誤差項。電阻提取電路用一個(gè)額外的測量電流 (I3) 來(lái)確定測量通路中的串聯(lián)電阻。一旦確定了正確的電阻值，VCANCEL 就等于 VERROR?，F在，由于串聯(lián)電阻和檢測器溫度可以利用電流 I1 和 I2 確定，所以溫度至電壓轉換器的輸入信號就免除了誤差。

高達 1k 的串聯(lián)電阻一般引起低于 1°C 的溫度誤差，如圖 3b 所示，這使 LTC2997 成為讀出與溫度管理系統相距幾米遠的二極管檢測器讀數之理想器件。確實(shí)，最長(cháng)距離更加受制于線(xiàn)路電容而不是線(xiàn)路電阻。大于 1nF 的電容會(huì )在各種不同的檢測點(diǎn)上影響檢測器電壓的穩定性，因此引入了額外的溫度讀數誤差。例如，一條 10m 長(cháng)的 CAT 6 電纜具有大約 500pF 的電容。