За что отвечает термодатчик в телевизоре

Обновлено: 15.05.2024

Timing Controller — тайминг контроллер.

Микросхема выполняет перешифровку сигналов, поступающих от видеоконтроллера в сигналы системы управления драйверами. Генерирует все импульсы на матрицу, формирует растр и развертки. Связывает основную плату телевизора или монитора с матрицей.

Преобразование сведений с шины LVDS (последние модели телевизоров имеют 2). Модуль синхронизируется с LVDS и контроллер (процессор), установленный на плате перешифровывает поступаемые данные в шину RSDS.
Создаёт основные импульсы и сигналы для вертикальных и столбцовых драйверов матрицы для составления растра.
Преобразователь DC-DC используется для обеспечения питания драйверов. Гамма корректор — Формирует напряжения для АЦП цифроаналоговый преобразователь. Он способен воспроизводить свыше 15 напряжений.

Заподозрить ее поломку можно практически при любых искажениях изображения. При этом отличить поломку материнской платы от неисправности t-con бывает невозможно, поэтому проверять приходится все вероятности.

Гамма корректор — Формирует напряжения для АЦП

Диагностика и ремонт

Чтобы наверняка исключить возможность поломки материнской платы, в некоторых моделях телевизоров и мониторов предусмотрен диагностический режим работы платы t-con. Для этого нужно отключить кабель LVDS, подать на плату питание и замкнуть сервисные контакты. При этом на экране появится специальное изображение — если оно будет искажено, значит, именно в t-con и нужно искать неполадку.

1. Выход из строя DC-DC преобразователя. В более старших моделях можно поменять полевой транзистор и на этом, как правило ремонт заканчивается. В более современных T-CON эти транзисторы установлены в микроконтроллере для DC-DC преобразования и формирует синхроимпульсы.

2. На каждом T-CON имеются предохранители. Бывает они из строя по причинам:
— Выход из строя DC-DC
— Выход из строя одной из микросхем и увод DC-DC в защиту. Если это встречается на телевизоров с планкой расположенной снизу, то стоит обратить внимание, на эту планку и проверить не была ли она залита водой, потому, что если её залили, то начинается коррозия и могут вылетать DC-DC.
— КЗ на одном из конденсаторов блокировочных на верхней планке. При КЗ на конденсаторе DC-DC уходит в защиту. Для проверки в конденсаторах ли дело, можно отключить Шлейфы идущие от T-CON на планку и подать питание на T-CON. В этом случае DC-DC должен завестись. И напряжения на контрольных точках T-CON если их не было должны появиться. КЗ можно поискать и другим образом: отключить питание, найти контрольные точки и поискать КЗ на них, присоединив один щуп на общий провод, другим щупом прозвонить контрольные точки.
— Предохранитель может выйти из строя сам по себе, но это большая редкость.

4. Стоит обращать внимание на чистоту коннекторов шлейфов. Чистить его ластиков.

5. Более серьезные случаи это замена, гамма-коректора, транзисторы и EEPROM.

Измерения напряжений и сигналов в T-CON:
Начнем с поиска контрольных точек, это можно сделать сняв T-CON и осмотреть всю плату.
Нас интересуют следующие напряжения:
Vcc
Vdd
AVdd — напряжение аналоговых преобразователей столбцовых драйверов
Vcom
Von
Voff
После того, как определены контрольные точки, ставим плату и начинаем измерения.
1. Первое что мы проверяем это напряжение 12 В на предохранителе.
2. Затем проверяем напряжения на DC-DC по контрольным точкам.
3. Проверяем напряжения процессора 3,3В и напряжения его ядра 1,2В или 1,8В Тут есть следующий момент если пятачок для 3,3В трудно найти, то можно измерить его на 8 ножке EEPROM. Если 3,3В есть на EEPROM, то и на процессоре они имеются.
4. Проверяем опорные напряжения (VGMA1…VGMA14) на гамма коррекции (особенно, когда имеются проблемы с цветом). Они подписаны на плате и тоже имеют контрольные точки.

Температурные датчики относятся к числу наиболее часто используемых датчиков. Температурные датчики используются всеми типами оборудования, начиная от компьютеров, автомобилей, кухонной техники, кондиционеров и (конечно) домашних термостатов. Пять наиболее распространенных типов температурных датчиков включают в себя:

термисторы;
термопары;
RTD (резистивные датчики температуры);
цифровые микросхемы термометров;
аналоговые микросхемы термометров.

Данная статья предоставит вам краткое введение по каждому из перечисленных типов датчиков.

Термистор

Как следует из названия, термистор (т.е., терморезистор) представляет собой датчик температуры, сопротивление которого зависит от температуры.

Термисторы выпускаются двух типов: PTC (с положительным температурным коэффициентом) и NTC (с отрицательным температурным коэффициентом). Сопротивление PTC термистора с ростом температуры увеличивается. А сопротивление NTC термистора, наоборот, с увеличением температуры уменьшается, и этот тип, по-видимому, является наиболее часто используемым типом термисторов. Смотрите рисунок 1 ниже.

Рисунок 1 – Условные графические обозначения термисторов PTC и NTC

Важно понимать, что связь между сопротивлением термистора и его температурой очень нелинейна. Смотрите рисунок 2 ниже.

Рисунок 2 – Зависимость сопротивления NTC термистора от температуры

Стандартная формула сопротивления NTC термистора в зависимости от температуры определяется следующим образом:

R_25C – номинальное сопротивление термистора при комнатной температуре (25°C). Данное значение, как правило, приводится в техническом описании;
β (бета) – постоянная материала термистора в Кельвинах. Это значение обычно указывается в техническом описании;
T – реальная температура термистора в Цельсиях.

Тем не менее, существует два простых метода, используемых для линеаризации поведения термистора, а именно режим сопротивления и режим напряжения.

Режим линеаризации сопротивления

В режиме линеаризации сопротивления параллельно термистору помещается обычный резистор. Если значение резистора равно сопротивлению термистора при комнатной температуре, область линеаризации будет симметрична относительно точки комнатной температуры. Смотрите рисунок 3 ниже.

Рисунок 3 – Режим линеаризации сопротивления

Режим линеаризации напряжения

В режиме линеаризации напряжения термистор ставится последовательно с обычным резистором, образуя при этом делитель напряжения. Этот делитель напряжения должен быть подключен к известному, фиксированному, стабилизированному источнику опорного напряжения V_REF.

Эта конфигурация приводите к созданию выходного напряжения, которое относительно линейно зависит от температуры. И, как и в режиме линеаризации температуры, если сопротивление резистора равно сопротивлению термистора при комнатной температуре, то область линеаризации будет симметрична относительно точки комнатной температуры. Смотрите рисунок 4 ниже.

Рисунок 4 – Режим линеаризации напряжения

Термопара

Термопары обычно используются для измерения более высоких температур и более широких температурных диапазонов.

Чтобы резюмировать, как работают термопары: любой проводник, подвергнутый температурному градиенту, будет генерировать небольшое напряжение. Это явление известно как эффект Зеебека. Величина генерируемого напряжения зависит от типа металла. Практические применения эффекта Зеебека используют два разнородных металла, которые соединены на одном конце и разделены на другом. Температуру соединения можно определить по напряжению на разомкнутых концах проводов.

Существуют различные типы термопар. Определенные комбинации стали популярными, и выбор комбинации зависит от различных факторов, включающих в себя стоимость, доступность, химические свойства и стабильность. Для разных применений лучше всего подходят разные типы, и их обычно выбирают на основе требуемого диапазона температур и чувствительности.

Графики характеристик термопар смотрите на рисунке 5 ниже.

Рисунок 5 – Характеристики термопар

Резистивные датчики температуры (RTD)

Резистивные датчики температуры, также известные как резистивные термометры, являются, пожалуй, самыми простыми для понимания датчиками температуры. RTD похожи на термисторы, поскольку их сопротивление изменяется с изменением температуры. Однако вместо использования специального материала, чувствительного к изменениям температуры (как в термисторах), RTD используют катушку из проволоки, накрученную вокруг сердечника из керамики или стекла.

Провод в RTD выполнен из чистого материала, как правило, из платины, никеля или меди, и этот материал обладает точной зависимостью сопротивления от температуры, которая используется для определения измеряемой температуры.

Аналоговые микросхемы термометров

Вместо использования термистора с постоянным резистором в делителе напряжения, альтернативным решением может стать аналоговый низкотемпературный датчик, такой как TMP36 от Analog Devices. В отличие от термистора, эта аналоговая микросхема обеспечивает выходное напряжение, которое почти линейно; наклон составляет 10 мВ/°C в температурном диапазоне от -40 до +125°C, а его точность равна ±2°C. Смотрите рисунок 6 ниже.

Рисунок 6 – График зависимости выходного напряжения TMP36 от температуры из технического описания

Хотя эти устройства и крайне просты в использовании, но они значительно дороже комбинации термистор-плюс-резистор.

Цифровые микросхемы термометров

Цифровые температурные датчики сложнее, но они могут быть очень точными. Кроме того, они могут упростить всю разработку, поскольку аналого-цифровое преобразование происходит внутри микросхемы термометра, а не в отдельном устройстве, таком как микроконтроллер. Например, DS18B20 от Maxim Integrated имеет точность ±0.5°C и диапазон температур от -55°C до +125°C.

Кроме того, некоторые цифровые микросхемы могут быть настроены на питание от линии данных, что позволяет подключать их только двумя проводами (то есть, данные/питание и земля). Более подробно об "однопроводном" интерфейсе можно почитать здесь.

Рисунок 7 – Структурная схема DS18B20 из технического описания

Сравнение типов температурных датчиков

В приведенной ниже таблице показано сравнение разных типов температурных датчиков, описанных в данной статье. Однако имейте в виду, что эту информацию следует воспринимать как обобщение. Таблица предназначена в первую очередь для тех, у кого нет большого опыта и/или знаний о датчиках температуры.

Температура является одним из наиболее распространенных параметров, регистрируемых встраиваемой системой. Для таких измерений существует широкий выбор датчиков температуры. Диапазон типов датчиков простирается от экзотических детекторов черного тела до простейших резистивных сенсоров, включая все множество типов, находящихся между этими полюсами. В этой статье я кратко расскажу о терморезисторах с отрицательным температурным коэффициентом (NTC термисторы) – одних из самых распространенных датчиков температуры, используемых в различных встраиваемых системах.

Термисторы

Термистор представляет собой резистивный элемент, как правило, изготовленный из полимера или полупроводника, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. Этот тип устройства не следует путать с резистивным датчиком температуры (RTD). Обычно RTD гораздо точнее, стоят дороже и охватывают более широкий диапазон температур.

Существуют два типа термисторов, отличающихся характером зависимости сопротивления от температуры. Если значение сопротивления уменьшается с ростом температуры, мы называем это устройство термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Если сопротивление с ростом температуры возрастает, это устройство известно как термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC). Как правило, PTC-устройства используются как средства защиты, а NTC-устройства применяются в качестве термодатчиков. Очень часто NTC термисторы применяются для контроля PN-переходов широкополосных лазерных диодов.

Еще одной характеристикой терморезистора является стоимость. В небольших партиях типичный термистор стоит, как правило, от $0.05 до $0.10 за штуку. Низкая цена и простота подключения делают эти устройства весьма привлекательными для встраиваемых приложений.

Типовая погрешность сопротивления термистора достаточно велика. Большинство термисторов изготавливается с допустимым отклонением сопротивления ±5%.

Однако их точность вполне приемлема. Как правило, мы можем рассчитывать, что она находится в диапазоне от ±0.5% до ±1.0%.

Выражение, связывающее температуру и сопротивление термистора, известно как уравнение Стейнхарта-Харта. Это нелинейное уравнение показано ниже.

На Рисунке 1 показан график зависимости сопротивления от температуры для NTC термистора ERTJZET472 компании Panasonic. Этот график показывает, что на линейной шкале зависимость сопротивления от температуры очень нелинейна.

Рисунок 1.

График зависимости сопротивления от температуры
для NTC термистора компании Panasonic.

Как правило, термисторы оцениваются по параметру, известному как значение R25. Это типовое сопротивление термистора при 25 °C. Значение R25 для данного термистора составляет 4700 Ом.

В некоторых системах с ограниченной памятью мы просто не можем позволить себе такую роскошь, как создание таблицы преобразования. Поэтому в таком приложении показания термистора мы попытаемся линеаризовать.

Приближение первого порядка показывает нам, что сопротивление термистора примерно обратно пропорционально температуре. Учитывая это, мы можем создать схему обратной пропорции, чтобы попытаться линеаризовать кривую зависимости сопротивления от температуры. Из Рисунка 2 видно, как это делается.

Рисунок 2.

Схема линеаризации характеристики
NTC термистора.

Если бы мы действительно хотели сэкономить деньги, то могли бы убрать источник опорного напряжения. Для этого потребуется определенная дополнительная фильтрация, чтобы устранить любые шумы источника питания. Важно, что АЦП и термисторная цепь имеют один источник опорного напряжения. Это позволяет нам использовать логометрический метод измерения для термистора относительно показаний АЦП. То есть, измерение будет независимым от напряжения возбуждения интерфейсной цепи термистора.

Показания температуры зависят только от сопротивления смещения (RB) и сопротивления термистора (RTH). Мы можем назвать их отношение коэффициентом деления (D). Выражение для коэффициента деления не отличается от выражения для простого делителя напряжения (Уравнениие 2).

На Рисунке 3 показан набор кривых для различных значений сопротивления смещения линеаризующей цепи термистора. Эти графики также демонстрируют достаточную степень линейности в диапазоне от 0 до 70 °C; при этом наилучшая линейность достигается с более низким сопротивлением резистора смещения.

Рисунок 3.

График зависимости коэффициента деления от
температуры при различных значениях
сопротивления смещения.

Другим, более хорошим способом взглянуть на это является изображение на графике разности между значениями температуры, взятыми из документации, и линеаризованными значениями. Такой график приведен на Рисунке 4. Этот рисунок также демонстрирует, что лучшая линейность достигается при меньшем значении сопротивления смещения. График показывает, что резистор номиналом 2 кОм даст линейность примерно ±3 °C в диапазоне температур от 0 до 70 °C.

Рисунок 4.

Относительные ошибки для различных сопротивлений
резисторов смещения.

В этом примере линейное выражение для зависимости температуры от коэффициента сопротивлений при номинале резистора смещения 2 кОм приведено в Уравнении 3.

T – температура в градусах Цельсия,
D – коэффициент деления.

На резистивный делитель и АЦП подается одно и то же опорное напряжение. Таким образом, мы можем легко вывести зависимость коэффициента деления от показаний АЦП. Если предположить, что преобразователь имеет разрядность N бит, то получим соотношение, показанное в Уравнении 4.

D – коэффициент деления,
ADC – показания АЦП,
N – разрядность АЦП (количество бит).

Подставив Уравнение 4 в Уравнение 3, получим выражение, связывающее показания АЦП с температурой. Оно представлено Уравнением 5.

Выводы

Иногда, как разработчикам встраиваемой электроники, нам приходится решать проблему подключения датчика к системе. В этой статье я рассмотрел простую схему датчика температуры на основе термистора и показал, как линеаризовать температурную зависимость сопротивления.

Одним из основных преимуществ использования термисторов является их цена. Как правило, при покупке в небольших количествах эти датчики стоят примерно от $0.05 до $0.10. Точность для этих датчиков вполне приличная. Обычно допуск сопротивления или допуск R25 для этих устройств составляет от ±3% до ±5%. Поэтому схема линеаризации с нелинейностью ±3 °C также может считаться удовлетворительной.

Конечно, мы всегда можем использовать более дорогой датчик, который даст более точный результат. К подобным типам датчиков можно отнести:

Датчики с PN-переходом. Низкая стоимость, приемлемая точность.
Микросхемы датчиков температуры. Обычно они представляют собой некоторую разновидность датчиков с PN-переходом.
Резистивные датчики температуры (RTD). Они, как правило, очень точны и значительно дороже.
Термопары. Их диапазон измерения обычно намного больше, а цена сравнительно невысока.
Инфракрасные датчики. Чаще всего их используют для измерения тепловых излучений, уровни которых затем преобразуют в температуру.

Это лишь несколько из тех методов, с помощью которых можно измерять температуру. О некоторых из них, возможно, я смогу рассказать в будущей статье.

А как вы измеряете температуру в своей встраиваемой системе? Вы видите, что я показал очень дешевый способ измерения этого физического параметра. Но помимо него существует еще уйма других методов.

Существует множество решений для измерения температуры – термисторы, металлические резистивные датчики (RTD), термопары, интегральные схемы. Компания Maxim Integrated предлагает широкий спектр уникальных решений для реализации любого метода измерения температуры.

Измерение температуры получило широкое распространение в технике: оно необходимо для регулирования температуры объектов или процессов, для коррекции характеристик или компенсации параметров, зависящих от температуры, для защиты при выходе температуры за допустимые пределы.

В зависимости от требуемых диапазона измеряемых температур, точности, стабильности, особенностей объекта измерения и приемлемой стоимости решения, могут использоваться различные типы термодатчиков и схем для обработки их сигналов. В качестве первичных датчиков температуры наибольшее распространение получили полупроводниковые термозависимые резисторы (термисторы), металлические резистивные датчики, термоэлектрические датчики (термопары), полупроводниковые датчики с использованием P-N-переходов. Для специальных задач применяются также различные виды пирометров, акустические и пьезоэлектрические датчики температуры.

Рис. 1. Типовая схема применения NTC-
термистора с выходом на АЦП

Рис. 2. Стандартная зависимость сопротивления NTC-термистора от температуры, нормированная к
точке 10 кОм при 25°С

Рис. 3. Зависимость выходного напряжения делителя, показанного на рисунке 1, от температуры

Металлические резистивные датчики (RTD) используют эффект повышения электрического сопротивления металлов и сплавов с ростом температуры. Широкое применение получили платиновые датчики температуры, обозначаемые как Pt-RTDs, благодаря исключительно высокой стабильности, точности и работоспособности вплоть до температур порядка 800°С. Поэтому они используются для прецизионных измерений, регулирования температуры технологических процессов в промышленности и автомобильных системах. При более умеренных требованиях к RTDs, в качестве материала датчика могут применяться медь, никель и некоторые другие металлы. Сопротивление Pt-RTDs нормируется при 0°С и обычно составляет 100 Ом или 1 кОм. Стандартная зависимость сопротивления датчика PT100 в диапазоне температур -200…более 800°С показана на рисунке 4. Для температуры в пределах 0…100°С она может быть аппроксимирована линейной функцией с погрешностью менее 0,3°С (рисунок 5). Для улучшения точности измерений в широком диапазоне применяют поправки второго и третьего порядков или пользуются калибровочной таблицей. Важно, что при этом не требуется индивидуальная калибровка датчика, а используются коэффициенты, специфицированные стандартами, например IEC751.

Рис. 4. Зависимость сопротивления платинового датчика с номиналом 100 Ом от температуры

Рис. 5. Погрешность линейной аппроксимации характеристики Pt100-RTD в диапазоне температур
0…100°С

Хорошим вариантом интеллектуального высокоинтегрированного решения для измерения температуры с использованием Pt-RTD является микросхема MAX31865. Она состоит из 15-битного сигма-дельта-АЦП, цепей питания опорного сопротивления и RTD, защит входов от перенапряжений и коммутации входных напряжений, а также специализированного цифрового контроллера с SPI-интерфейсом. Измерительный ток протекает последовательно по образцовому опорному резистору, имеющему стабильное сопротивление, и резистору-термодатчику. Для корректной работы требуется, чтобы опорное сопротивление было не меньше, чем у RTD, во всем диапазоне температур. Результатом АЦП является код отношения падений напряжения на термозависимом и опорном резисторах. Микросхема оптимизирована для работы с RTDs, имеющими номинальное сопротивление 0,1…1 кОм, но может быть использована и вместе с термисторами. Типовые схемы включения для двух-, трех- и четырехпроводного вариантов присоединения RTD показаны на рисунках 6, 7 и 8 соответственно. Законченный измеритель температуры, помимо собственно микросхемы в 20-выводном корпусе TQFN или SSOP, требует подключения только лишь образцового резистора, RTD и, при необходимости, недорогих малогабаритных конденсаторов по цепям питания и входу термодатчика. Это обеспечивает компактность, малую стоимость и простоту проекта. Микросхема имеет собственный рабочий диапазон температур применения -40…125°С. Потребление MAX31865 по цепи питания не превышает 3,5 мА при напряжении питания 3…3,6 В. АЦП обеспечивает разрешение по температуре 0,03°С (без пропуска кодов) и полную погрешность не более 0,05% шкалы в любых условиях, что соответствует 0,5°С при измерениях в диапазоне -200…более 800°С. Полностью дифференциальное подключение опорного и термозависимого резисторов, защита входов MAX31865 для подключения RTD от перенапряжений в пределах ±45 В, КОСС = 90 дБ, встроенный адаптивный цифровой фильтр для сетевых помех 50 или 60 Гц (подавление на 82 дБ), стабилизатор питания и детектор аномальных режимов работы термодатчика обеспечивают высокую точность и надежность контроля температуры. Микросхема способна выявлять короткое замыкание и обрыв RTD, а также замыкание любого из его выводов на шины питания.

Рис. 6. Построение измерителя температуры на основе RTD и микросхемы MAX31865 при двухпрово-
дной схеме подключения

Рис. 7. Построение измерителя температуры на основе RTD и микросхемы MAX31865 при трехпроводной
схеме подключения

Рис. 8. Построение измерителя температуры на основе RTD и микросхемы MAX31865 при четырехпро-
водной схеме подключения

Двухпроводная схема подключения Pt100-RTD способна обеспечить приемлемую точность, если только сопротивление подключения не превышает единиц миллиом. В противном случае необходимо четырехпроводное подключение датчика. Трехпроводная схема измерений возможна, если гарантируется идентичность сопротивлений обоих проводников кабеля RTD.

Термопары могут использоваться для измерения как криогенных, так и экстремально высоких температур – вплоть до 1800°С. В точке соединения двух разных металлов или сплавов возникает ЭДС, величина которой примерно пропорциональна температуре. Термопара является недорогим средством измерения температуры, изменяющейся в широком диапазоне, с приемлемой линейностью и умеренной сложностью схемы обработки сигнала. Основным недостатком термопар является малая величина термо-ЭДС, поскольку ее температурный коэффициент обычно находится в пределах 10…70 мкВ/°С. Для повышения точности измерения необходимо учитывать и компенсировать дополнительные ЭДС, генерируемые в точках соединения металлов термопары с медными проводниками (рисунок 9). Температура в зоне холодного спая измеряется дополнительным термодатчиком и соответствующая ей термо-ЭДС прибавляется к измеренному выходному напряжению термопары. Законченное решение по контролю температуры с помощью термопары, предусматривающее усиление ее сигнала прецизионным ОУ, компенсацию температуры холодного спая и аналого-цифровое преобразование с высоким разрешением, показано на рисунке 10.

Рис. 9. Принцип измерения температуры с по-
мощью термопары

Рис. 10. Комплектное решение по измерению температуры с помощью термопары

Рис. 13. Схема измерения температуры с помощью термопары и микросхемы MAX31855

Микросхемы с локальным (интегрированным) термодатчиком и аналоговым выходом

Измеряемая температура представляется пропорциональным сигналом напряжения или, реже, тока. В простейшем случае такой датчик имеет всего 3 вывода. Для измерения температуры обычно используется зависимость разности падений напряжения на база-эмиттерном переходе биполярного транзистора при различных значениях плотности тока коллектора от температуры:

Рис. 15. Высокая линейность передаточной
характеристики микросхемы с интегрированным
датчиком-биполярным транзистором и аналого-
вым выходом MAX6605

Таблица 1. Микросхемы с локальным термодатчиком на основе P-N–перехода и аналоговым выходным сигналом

Микросхемы с локальным (интегрированным) термодатчиком и цифровым выходом

Наличие одного или нескольких выходов, показывающих, что контролируемая температура вышла за установленные границы (эти границы, как правило, доступны для программирования пользователем).
Возможность программной фильтрации сигнала превышения температурой предустановленного порога. Если по системным соображениям ущерб от ложного срабатывания термозащиты превышает опасность быстрого нарастания перегрева – пользователь может запрограммировать продолжительность интервала времени, на котором должно фиксироваться превышение температуры перед выдачей внешний сигнал аварии.
Сохранение в памяти пользовательских настроек порогов срабатывания, которые не стираются при снятии питания (EEPROM). Это особенно полезно для термодатчиков, используемых для системной защиты от перегрева. Сразу после восстановления питания микросхема готова к работе с актуальными значениями порогов срабатывания по температуре.
Наличие выбора всего ассортимента современных цифровых интерфейсов.

Таблица 2. Микросхемы с локальным термодатчиком на основе P-N–перехода и цифровым выходным сигналом

Микросхемы с вынесенным термодатчиком и цифровым выходом

Такие микросхемы используют в качестве термочувствительного элемента биполярный транзистор в диодном включении (выводы базы и коллектора соединены между собой). Термочувствительный элемент может интегрироваться в процессор, ПЛИС, силовой модуль и тому подобные объекты, которые рассеивают значительные мощности и требуют быстродействующего слежения за их температурой. Применение для этих целей вышеописанных микросхем с локальным термодатчиком невозможно из-за значительного теплового сопротивления между контролируемым объектом и термочувствительной микросхемой. Это вызывает, помимо статической погрешности измерения температуры, неприемлемое запаздывание сигнала на выходе термодатчика порядка нескольких секунд. Термодатчик, вынесенный из термочувствительной микросхемы и встроенный непосредственно в контролируемый объект, позволяет получить задержку срабатывания на уровне 50…100 мкс и погрешность измерения актуальной температуры в пределах ±1°С. Кроме того, для контроля температуры распределенных в пространстве объектов и систем может использоваться одновременно несколько термочувствительных элементов, размещаемых в разных местах. В этих случаях удобно применить микросхемы мониторинга температуры, способные работать с большим количеством (до 7) вынесенных термодатчиков. Примером такой микросхемы является MAX6681. Обзор основных параметров микросхем, предназначенных для работы с вынесенными термодатчиками, выпускаемых компанией Maxim Integrated, представлен в таблице 3.

Таблица 3. Микросхемы для работы с вынесенными термодатчиками

Определенные проблемы с точностью измерений могут создавать транзисторы-датчики с малыми значениями h21Э. Дело в том, что это приводит к нарушению проектного соотношения (IК2/IК1) из-за вклада токов базы и искажает результат вычисления температуры. Для дискретных транзисторов влияние величины h21Э не создает проблем. Но термочувствительные элементы, интегрируемые в составе КМОП СБИС, имеют h21Э меньше 1 (часто примерно 0,3) и требуют внимательного подхода к организации измерений. Испытания значительного количества образцов термодатчиков в составе СБИС с проектными нормами 45 нм показали, что хотя их h21Э и мал, но его величина достаточно стабильна при используемых уровнях тестирующих токов и измеряемых температурах. Поэтому, дополнительная погрешность, вносимая этим фактором, не выходит за 1°С. Если же термочувствительный элемент с малым и нестабильным значением h21Э неприемлемо искажает результаты измерений, можно использовать микросхемы MAX6693 и MAX6581, которые используют усовершенствованный алгоритм тестирования с компенсацией влияния малой величины h21Э, вплоть до 0,1.

Микросхемы для работы с вынесенными термодатчиками могут иметь различное сочетание каналов для удаленных и локальных измерений температуры. Почти все микросхемы имеют, по крайней мере, один, а нередко и 2 выхода для индикации превышения температурой предустановленных пределов. Один из этих выходов обычно используется для запроса прерывания на шине при обнаружении аварийных условий, а также в случае неисправности любого термочувствительного элемента (КЗ или обрыв). Многие микросхемы имеют возможность выбора скорости обновления информации о температуре: более медленное проведение измерений, если это приемлемо по системным соображениям, позволяет, соответственно, уменьшить потребляемый микросхемой ток питания. Некоторые микросхемы, работающие с удаленными термодатчиками, имеют в своем составе регистры для хранения поправок при измерениях, например, обусловленных компенсацией влияния соединительных проводов или фактора не идеальности датчика. Результаты поправок учитываются в выходных данных об измеряемых температурах. Однако помимо этого, пользовательский микропроцессор может иметь и непосредственный доступ к содержимому этих регистров для большей прозрачности процедуры измерений и для установки актуальных значений фактора неидеальности. Некоторые микросхемы имеют возможность усреднения результатов измерений, что важно при работе в условиях значительных помех.

Помимо микросхем, предназначенных для универсального измерения температуры, компания Maxim Integrated предлагает широкий выбор приборов с более узкой специализацией использования термоконтроля. В частности, широко представлены температурно-зависимые ключи (реле) и микросхемы для управления вентиляторами. Ведется постоянная работа по улучшению параметров и функциональных возможностей продукции. Характерным примером является микросхема MAX31629, представленная в конце 2014 года, в которой интегрированы функции локального термодатчика с цифровым выходом и часов реального времени. С аппаратурой пользователя микросхема взаимодействует по шине I2C. Кроме того, имеются отдельные выходы сигнала тревоги (запрос прерывания) и сигнала достижения предустановленной даты. MAX31629 имеет широкие диапазоны питающего напряжения (2,2…5,5 В) и рабочей температуры (-55…125°С) при гарантированной точности измерений не ниже ±3°С (в более узком диапазоне гарантируется даже ±2°С). Потребляемый ток в активном режиме не превышает 1,2 мА, а в спящем — снижается до 0,2 мкА. Часы реального времени тактируются от кварца 32768 Гц и имеют календарь вплоть до 2100 года. Многие функции микросхемы доступны для программирования пользователем: разрешение температурных измерений выбирается из ряда 9, 10, 11 или 12 бит; задаются температурная шкала (Цельсия или Фаренгейта), режим измерений (экономичный режим одиночных измерений температуры или непрерывная работа); алгоритм формирования сигнала тревоги; верхний и нижний пороги термостата; особенности работы часов.

Заключение

Для проведения температурных измерений с различными достижимыми параметрами имеется широкий спектр возможностей. В зависимости от конкретных требований, в первую очередь – по рабочему диапазону температуры и точности, можно использовать различные первичные термодатчики. Компания Maxim Integrated предлагает исключительно широкий ассортимент продукции для организации измерений температуры. Представлены компоненты как для поддержки различных дискретных термодатчиков, так и решения, интегрирующие термочувствительные элементы и схемы обработки сигналов.

Читайте также: