文章討論了如何實現最佳的溫度傳感器精度。它討論了兩個物體之間的熱流源和速率，然后解釋和計算了溫度誤差的來源。最后，它提出了減少熱誤差和優化溫度測量的設計理念。MAX1298/MAX1299 ADC內置溫度傳感器。

MAX1298/MAX1299模數轉換器帶有內部溫度傳感器，在擴展溫度范圍內（-1°C至40°C）具有保證±85°C的精度，是業界任何器件在該范圍內最佳的溫度傳感器精度。本文解釋了如何在使用熱和機械系統的情況下實際達到這種精度水平。

MAX1298/MAX1299的典型內部溫度誤差與溫度的關系如圖1所示。要達到這種精度水平，需要仔細注意系統設計的熱和機械方面。

圖1.MAX1298/MAX1299的內部溫度誤差與溫度（°C）的關系

由于MAX1298/MAX1299的封裝必須與要測量溫度的物體（OM）進行機械和熱連接，如果器件與被測物體之間存在溫差，則它們之間將存在熱流。另外，由于MAX1298/MAX1299溫度傳感器（TS）的封裝必須機械和熱連接到電源（PS），因此，如果MAX1298/MAX1299與PS之間存在溫差，它們之間將存在熱流。如果MAX1298/MAX1299與周圍環境（AE）之間存在溫差，它們之間也會有熱流。

熱“集總”系統的定義如下：

由導熱材料互連的系統，導熱材料在徑向方向上是隔熱的，這意味著導體徑向方向的電導率與其沿其長度的電導率相比非常低（絕緣銅線就是一個例子），或

通過導熱硅“潤滑脂”互連的系統。

熱集總系統中任何兩個物體之間的熱流速率可以表示為：

(dQ/dt)12 = (T1- T2) × K × A12/(x2-x1) Joules/sec

在上式中，T1和 T2分別是物體 1 和物體 2 的溫度（以 °C 為單位），K 是互連材料的熱導率 [以焦耳/（°C × 米 × 秒為單位）]，A12是互連材料的橫截面積（以米2為單位），（x2 - x1）是互連材料的長度（以米為單位）。有關各種材料的導熱系數（K）值，請參見下表。

等式1可以簡化為：

(dQ/dt)12 = (T1- T2) × K12 Joules/sec

在這個方程中，K12是物體 1 和物體 2 之間互連的特定熱導率，單位為焦耳/（°C × 秒）。

估算MAX1298/MAX1299溫度傳感器與周圍環境之間的熱導率（KTSAE）涉及更多，因為從我們的2cm×2cm溫度傳感器（TS）PC板到周圍環境（AE）的輻射并不是真正的熱集總過程，而更像是一個熱分布過程。你可以估計 K上汽假設 PC 板實際上是黑體散熱器。這允許使用Stefan-Boltzmann公式，該公式僅使用散熱器的表面積（A）和兩個溫度的四次方TTS和 TAE:

KTSAE = A × 56.697 × (TTS 4 - TAE 4) × 10-9 J/sec

現在，為了簡化起見，讓我們假設被測對象、電源和周圍環境充當大型儲熱器，以便在它們之間交換熱量時它們的溫度不會改變。請注意，對于MAX1298/MAX1299溫度傳感器，我們不能做出這樣的假設，因為它的尺寸和質量都很小?，F在，我們可以使用電氣原理圖作為模擬來制作系統的熱模型（見圖2）。

圖2.熱系統的電氣模擬。

ROMTS表示被測物體的儲熱器（VOM）和溫度傳感器之間的熱阻。ROMTS的熱阻為1/KOMTS。同樣，RTSPS表示溫度傳感器和電源儲熱器（VPS）之間的熱阻。RTSPS的熱阻為1 / KTSPS。最后，RTSAE表示溫度傳感器和環境環境儲熱器（VAE）之間的熱阻。RTSAE的熱阻為1 / KTSAE?，F在假設溫度傳感器本身不會產生任何熱量。然后請注意，溫度傳感器 （TTS） 處的溫度類似于溫度傳感器節點上的電壓 VTS。我們可以將其計算為各種組件的函數：

VTS = （VOM × KOMTS + VPS × KTSPS + VAE × KTSAE）/（KOMTS + KTSPS + KTSAE）

現在，讓我們通過在 VOM 和 TOM 之間選擇 1：1 的關系來讓我們的生活更輕松。因此，讓VOM = TOM （°C），VPS = TPS （°C），VAE = TAE （°C）。

例如，讓我們使TOM = 75°C，TPS = 30°C和TAE = 25°C，因此VOM = 75V，VPS = 30V，VAE = 25V。

為了找到 K 項的值，讓我們做出以下假設：

KOMTS是由于在溫度傳感器PC板和被測物體之間施加了1mm厚，20mm x 20mm面積的硅散熱器化合物。常用硅膠散熱器化合物的 K 值為 18 × 10-4 Cal/（°C × cm × sec） = 0.75 J/（°C × m × sec）。因此：

KOMTS = 0.75 × （0.02 × 0.02）/1 × 10-3 = 0.3 焦耳/（°C × 秒）

KTSPS由4米長、16根導體（假設MAX1298/MAX1299上的所有引腳都使用）、π ×（1mm）2的絕緣銅電纜橫截面積構成。（這是一根 16 芯 4 米長的 1mm 半徑銅纜。這些電纜大多具有圓形而不是方形導體，因此π × r2面積項。MAX1298引腳非常短，因此它們的貢獻微不足道。然后

KTSPS = 380 焦耳/（米 × 秒 × °C） × （16 × π × （1 × 10-3m）2）/4m = 0.0048 焦耳/（°C × 秒）

KTSAE是由于20mm x 20mm的印刷電路板直接連接到周圍環境。根據等式 3，KTSAE = （0.02 × 0.02） × 56.697nW/meter2/°C4 × （TTS 4 - TAE 4）。如果我們假設硅散熱器化合物兩端的熱壓降相對較小，那么TTS~TOM和

KTSAE ~ （0.02m × 0.02m） × 56.697 × 10（-9 × （TOM 4 - TAE 4） = 709uJ/（°C × 秒）

現在將K項的計算值和我們上面選擇的電壓值代入，我們得到以下結果：

VTP = （75 × 0.3 + 30 × 0.0048 + 25 × 0.000709）/（0.3 + 0.0048 + 0.000709） = 74.177V

最后，我們考慮MAX1298/MAX1299在最大功率下工作的情況，看看這對TERR有什么影響。MAX1298/MAX1299的最大功率 = 5.5V × 500μA = 2.75mW。在TERR方程中對該項的一個很好的估計是在TERR項中添加一個增量TERR，使得TERR增量為~2.75mW/KOMTS = 2.7 × 10-3/0.3 = 9 × 10-3 °C ~ + 0.01°C。 因此，在此設置中，可以安全地忽略MAX1298/MAX1299對TERR的貢獻。

在本例中，我們發現溫度傳感器的溫度為 74.177°C。溫度誤差 TERR = TTS - TOM = 74.177 - 75.000 = -0.823°C。 這是一個相當大的誤差，但由于它取決于各種溫度，因此可能會更高或更低。為了觀察這一點，取公式4并用其相關溫度替換電壓：

TTP = (TOM × KOMTS + TPS × KTSPS + TAE × KTSAE)/(KOMTS + KTSPS + KTSAE)

因此:

TERR = TTS - TOM = [(TOM × KOMTS + TPS × KTSPS + TAE × KTSAE)/(KOMTS + KTSPS + KTSAE)] - TOM

該系統的TERR與TOM曲線如圖3所示。

圖3.TERR (°C) vs. TOM (°C).

如圖3所示，系統熱特性引起的溫度誤差可能大于MAX1298/MAX1299溫度傳感器引起的誤差。可以做幾件事來幫助減少此錯誤 （T犯 錯):

減少電源（和其他處于環境溫度的設備）和溫度傳感器之間的導體數量。這可以通過不使用MAX1298/MAX1299提供的所有功能來實現。

增加溫度傳感器 PC 板尺寸。未與MAX1298/MAX1299電連接并覆蓋電路板兩側的金屬平面，如果將其緊緊擰入被測物體，則會增加KTSOM。MAX1298/MAX1299應位于印刷電路板的被測對象側。

加長將溫度傳感器連接到電源（以及處于或接近環境溫度的其他設備）的導體。這可以通過在電纜的電源端附近卷起多余的電線來實現。電纜的電源端的溫度低于溫度傳感器端的溫度，因此從額外絕緣體輻射出的任何“徑向”熱量都將具有較小的ΔT驅動它。注意，MAX1298/MAX1299電源需要在溫度傳感器PCB上具有本地電容去耦，因為電纜中存在大量串聯電感。

通過備用通道（如光隔離器或光纖電纜）傳輸數字信號。該交替通道串行數據可以在溫度傳感器上本地恢復。這將有助于減少所需的導體數量（見上面的數字1）。

用電池為MAX1298/MAX1299供電。這與上面的數字3相結合，原則上可以完全消除導體并使T犯 錯微不足道。由于MAX1298/MAX1299具有許多關斷選項，因此這是一個可行的選擇。

從上面的例子可以看出，對于高精度溫度測量系統，在設計電氣和機械部件期間以及理想情況下在設計之前考慮設計的熱方面至關重要。

審核編輯：郭婷