提高MAX1358內部溫度傳感器讀數精度的簡易流程

摘要：本應用筆記介紹了在測量芯片外部溫度的情況下，優化MAX1358/MAX1359/MAX1360數據采集系統溫度讀數精度的解決方案。

引言

MAX1358/MAX1359/MAX1360數據采集系統內置二極管結溫度傳感器，利用二極管的I-V特性測量溫度，為了提高測量精度，Maxim器件將校準系數存儲在數據采集系統內部，修正讀數誤差，以獲得最高精度。

溫度讀數對應于二極管的實際結溫，對于連續監測溫度變化的系統，可以直接使用溫度讀數。對于需要獲得封裝外部溫度的應用，需要對讀數進行調整才能得到更準確的數值。

本應用筆記介紹了對特定產品溫度偏差的測量以及利用偏差值進行校準的方法。關于器件內部存儲的校準系數的使用，請參考應用筆記4296：Measuring Temperature with the MAX1358 Data Acquisition System。

溫度測量模型

MAX1358/MAX1359/MAX1360的內部溫度檢測器可以測量內部二極管結的溫度，也可以測量外部溫度傳感器的溫度，存儲在芯片內部的兩個常數(m、b)用于修正內部二極管結溫的變化以及其它電路偏離理想狀態時所產生的誤差。上面提到的應用筆記4296介紹了測量、計算、消除誤差的步驟，可以修正不同器件、不同溫度下的測量誤差。這種四電流測量方法適用于芯片內部和外部二極管結溫傳感器的檢測。

圖1. 利用二極管結測量溫度

MAX1358/MAX1359/MAX1360測量的是內部結溫(圖1)，圖2給出了一個常見的與結溫TJ相關的模型，圖中TA為環境溫度、TC為管殼溫度。

圖2. 結溫和環境溫度模型

該模型中，將溫度特性轉換成等效電路。(注：芯片在工廠校準時，工廠可以將芯片置于恒溫油槽，將TA和TC強制在相同溫度對芯片進行校準。)

圖3. 產品的溫度模型

一旦芯片安裝在電路板上(圖3)，MAX1358/MAX1359/MAX1360的TJ將取決于以下因素：

PCB溫度

PCB周圍的環境溫度

EP與PCB之間的導熱性

MAX1358/MAX1359/MAX1360的功耗

PCB的耗散功率

產品工作的環境溫度

封裝與周圍環境的隔熱層

上述因素直接影響MAX1358/MAX1359/MAX1360內部溫度TJ與MAX1358/MAX1359/MAX1360外部測量點溫度的差異，這意味著利用器件測量的TJ只是實際溫度TEXT的估算值TEST。

值得慶幸的是，可以通過一些簡單的測試手段縮小TJ與TEXT之間的誤差。

溫差計算步驟

可以利用一個簡單流程修正產品規格的偏差，下面的工作表(圖4)給出了修正流程。

修正系數(GS、OS)儲存在MAX1358/MAX1359/MAX1360內部(TEMP_CAL寄存器)，可通過SPI™總線從芯片內部讀取這些數值。利用下式計算修正后的數據：

TESTIMATE (°C) = TMEAS (°C) × GS + OS (°C)

圖4. 根據存儲的校準系數計算溫差的修正值

利用修正系數將測量值TJ轉換為實際溫度的估算值。

測量產品的溫差需要兩個參數：MAX1358/MAX1359/MAX1360估算的溫度值(上述表格中的C)和產品外部的實際溫度(表格中的A)。實際溫度由高精度傳感器、測試儀表，按照測量步驟得到。根據A和C可以計算出D值，產品的溫差。通常D在0°C到+6°C之間。

需要按照測量步驟進行重復測試，以確保獲得的參數在不同測試環境、同一系列的儀器下保持穩定。如果不能得到穩定的溫差值，則需針對每臺設備提供定制參數。能夠獲得穩定參數的情況下，可以將數值直接存儲到硬件電路，以便固件調用。如果不能得到穩定的數值，則需在生產過程中將數值存儲到每臺設備的非易失存儲器。

最后，利用D值計算外部溫度K，所得結果是校準后的數值，溫差讀數用于估算實際產品的外部溫度。

總結

本文給出了提高MAX1358/MAX1359/MAX1360內部溫度傳感器讀數精度的簡易流程。

請注意如果產品只用于觀測溫度的變化，則無需執行上述流程。例如，只是簡單地希望通過溫度的升或降來觸發其它的功能。這種情況下，無需考慮偏差情況。