集成溫度傳感器LM94022及其應用(圖)

分類：解決方案日期：2009-06-08 11:02:51 來源：

　　LM94022是一種模擬輸出的集成溫度傳感器，主要應用于手機、無線收發器、電池管理、汽車、辦公室設備及家用電器等。該傳感器主要特點包括工作電壓低，可在1.5V電壓下工作；工作電壓范圍寬—1.5～5.5V；末級為推挽輸出，有±50μA輸出電流的能力；有四種靈敏度供用戶選擇；測量范圍為-50～+150℃；靜態電流低，典型值為5.4μA；精度（與測量范圍有關）：20～40℃為 ±1.5℃；-70～-50℃為±1.8℃；-50～90℃為±2.1℃；-50～150℃為±2.7℃；采用小尺寸SO70封裝。

管腳排列與功能
　LM94022的管腳排列如圖1所示，各管腳功能如表1所示。

圖1 LM94022管腳排列

表1 LM94022管腳功能

靈敏度選擇端GS0及GS1
　　 LM94022根據GS0、GS1被施加的不同電平有4種靈敏度供用戶選擇，如表2所示。用戶可根據測溫的范圍及接口電路的工作電壓的條件來合理選擇。靈敏度由GS0及GS1的電平確定：高電平要求大于（VDD-0.5V）；低電平要求小于0.5V。

表2 LM94022提供的4種靈敏度（典型值）

LM94022的輸出特性
　　 LM94022的輸出特性如圖2所示，這是測量溫度與輸出電壓在不同靈敏度時的特性。由于輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負值。在VDD為5V時，不同靈敏度的幾個特定溫度值時的輸出電壓如表3所示（典型值）。

圖2 LM94022的輸出特性

表3 VDD為5V，TA為25℃時的輸出電壓值

　從圖2可看出，其線性度極好，這是線性化后的特性。按表3的數據計算出的靈敏度值與表2給出的典型靈敏度有一些差值。例如，在GS=00時，-25℃時的輸出電壓為1168mV，-50℃時的輸出電壓為1299mV，則其平均靈敏度為-5.24mV/℃；50℃時的輸出電壓為760mV，75℃時的輸出電壓為619mV，則其平均靈敏度為5.64mV/℃。表2中GS=00時，靈敏度為-5.5mV/℃。

基本應用電路
　圖3是LM94022的基本應用電路。在此電路中，GS0、GS1都接地（低電平），所以靈敏度選擇的是-5.5mV/℃。LM94022一般用作精度要求不高的溫度測量及控制，其輸出端往往與比較器或微控制器等接口。若溫度傳感器與控制電路距離較遠時，連接線應采用屏蔽線。

圖3 LM94022的基本應用電路

　接電容負載的電路如圖4及圖5所示。圖4與圖5的差別是負載電容容量不同：當負載電容CLOAD<1100pF時，用圖4電路，當CLOAD>1100pF時，用圖5電路。圖5中RS值與CLOAD大小有關，如表4所示。圖4及圖5中均未畫出確定靈敏度的GS0及GS1端的連接。

圖4 接電容負載的電路圖（CLOAD<1100pF）

圖5 接電容負載的電路圖（CLOAD >1100pF）

表4 CLOAD值與RS的關系

　當LM94022直接與ADC（或微處理器中的ADC）接口時，開始工作時，LM94022的推挽輸出端能向ADC中的Cin充電，如圖6所示。

圖6 LM94022與ADC接口電路圖

應用電路舉例
1 增加關閉控制功能的電路
　 LM94022是低功耗器件，為實現多路溫度測量，可采用關閉控制，在斷開VDD時，OUT端呈高阻抗?？梢栽贚M94022的VDD端接一個反相器（見圖7）或接一個兩輸入與門來實現關閉（見圖8）。兩者的區別是，前者施加高電平時實現關閉；后者是施加低電平時實現關閉。

圖7 LM94022接反相器實現關閉功能

圖8 LM94022接兩輸入與門實現關閉功能

圖9 數字溫度計電路

2 數字顯示溫度計
　圖9是一種數字溫度計，其測量溫度范圍-40～+125℃。LM94022檢測的溫度轉換成模擬信號電壓輸出，其輸出電壓直接與帶有ADC的微處理器接口，往ADC變換后的數字信號由微處理器進行處理后轉換成相應的七段碼，送溫度顯示（數碼管），若采用微處理器對傳感器作軟件線性補償，可提高測溫精度。數字鍵出可輸入報警溫度給微處理器，若檢測到的溫度超過報警溫度時，微處理器輸出信號，使報警電路發出聲、光報警。微處理器的I/O口還可輸出開關控制信號，對溫度實現簡單的開關控制（這部分在圖9中未畫出）。

圖10 簡易的超過閾值溫度報警電路

3 簡易的超過閾值溫度報警電路
　　圖10是一種簡易的超過閾值溫度報警電路。該電路由溫度傳感器、比較器、4.1V基準電壓源、三極管、蜂鳴器及電阻R1～R5等組成。

　　電路的工作原理：若LM94022溫度傳感器的靈敏度已設定，則設定的閾值溫度TTH對應的電壓值VT可以從圖2（或表3）中求出。若先不考慮產生滯后作用的R3的影響，則可以根據已知的VT值求出R1、R2值（在先確定R1值后求出R2值），VT=4.1V×R2/（R1+R2）。

　　為防止溫度在閾值溫度附近因傳感器輸出信號中存在噪聲電壓影響而使比較器輸出產生振蕩，在比較器電路中加了一個正反饋電阻R3，則產生一滯后電壓VHYS，并且VT值也受R3的影響成為VT2，改進的超過閾值溫度報警電路溫度特性和輸出波形如圖11所示。

圖11 溫度特性和輸出波形圖

　　 VHYS=VT2-VT1，其中VT1、VT2可按下式求出。

　　VT2=4.1V×R2/（R1+R2//R3）

　　VT1=4.1V×R2/（R2+R1//R3）

　　上式中4.1V是基準電壓值。為減小R3對VT值的影響，一般R3取值較大（如470kΩ～2MΩ）。

　　基準電壓4.1V經R1、R2分壓后的電壓VT2加在比較器同相端，LM94022測量溫度輸出的電壓VTEMP加在比較器反相端。一旦VTEMP<VT2，則比較器輸出VOUT由低電平跳變到高電平，如圖11所示，VT導通使蜂鳴器發出報警聲。當溫度降到（VT2-VHYS）時，比較器輸出VOUT才由高電平跳變到低電平，報警聲停止。

4 簡易的溫度控制電路
　若要控制圖10中的溫度TTH基本保持穩定（約有±3～±5℃變化），可采用圖12的電路對TTH實現自動控制。當溫度超過TTH時，比較器的VOUT輸出高電平，經反相器后輸出低電平，N溝道MOSFET截止，加熱器停止加熱；當溫度降到（TTH-THYS）時，VOUT由高電平跳變到低電平，N溝道MOSFET導通，加熱器又加熱，使溫度上升。這樣溫度在TTH上下波浪式變動。