集成溫度傳感器LM94022及其應(yīng)用(圖)

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。

表1 LM94022管腳功能

靈敏度選擇端GS0及GS1
　　 LM94022根據(jù)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(jù)測(cè)溫的范圍及接口電路的工作電壓的條件來(lái)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(cè)量溫度與輸出電壓在不同靈敏度時(shí)的特性。由于輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負(fù)值。在VDD為5V時(shí)，不同靈敏度的幾個(gè)特定溫度值時(shí)的輸出電壓如表3所示（典型值）。

表3 VDD為5V，TA為25℃時(shí)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(shù)據(jù)計(jì)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(shí)，-25℃時(shí)的輸出電壓為1168mV，-50℃時(shí)的輸出電壓為1299mV，則其平均靈敏度為-5.24mV/℃；50℃時(shí)的輸出電壓為760mV，75℃時(shí)的輸出電壓為619mV，則其平均靈敏度為5.64mV/℃。表2中GS=00時(shí)，靈敏度為-5.5mV/℃。

基本應(yīng)用電路
　 圖3是LM94022的基本應(yīng)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(cè)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(yuǎn)時(shí)，連接線應(yīng)采用屏蔽線。

　 接電容負(fù)載的電路如圖4及圖5所示。圖4與圖5的差別是負(fù)載電容容量不同：當(dāng)負(fù)載電容CLOAD<1100pF時(shí)，用圖4電路，當(dāng)CLOAD>1100pF時(shí)，用圖5電路。圖5中RS值與CLOAD大小有關(guān)，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。

表4 CLOAD值與RS的關(guān)系

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

應(yīng)用電路舉例
1 增加關(guān)閉控制功能的電路
　 LM94022是低功耗器件，為實(shí)現(xiàn)多路溫度測(cè)量，可采用關(guān)閉控制，在斷開(kāi)VDD時(shí)，OUT端呈高阻抗。可以在LM94022的VDD端接一個(gè)反相器（見(jiàn)圖7）或接一個(gè)兩輸入與門來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉（見(jiàn)圖8）。兩者的區(qū)別是，前者施加高電平時(shí)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉；后者是施加低電平時(shí)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。

2 數(shù)字顯示溫度計(jì)
　圖9是一種數(shù)字溫度計(jì)，其測(cè)量溫度范圍-40～+125℃。LM94022檢測(cè)的溫度轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)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(shù)字信號(hào)由微處理器進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的七段碼，送溫度顯示（數(shù)碼管），若采用微處理器對(duì)傳感器作軟件線性補(bǔ)償，可提高測(cè)溫精度。數(shù)字鍵出可輸入報(bào)警溫度給微處理器，若檢測(cè)到的溫度超過(guò)報(bào)警溫度時(shí)，微處理器輸出信號(hào)，使報(bào)警電路發(fā)出聲、光報(bào)警。微處理器的I/O口還可輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制（這部分在圖9中未畫出）。

3 簡(jiǎn)易的超過(guò)閾值溫度報(bào)警電路
　　圖10是一種簡(jiǎn)易的超過(guò)閾值溫度報(bào)警電路。該電路由溫度傳感器、比較器、4.1V基準(zhǔn)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(shè)定，則設(shè)定的閾值溫度TTH對(duì)應(yīng)的電壓值VT可以從圖2（或表3）中求出。若先不考慮產(chǎn)生滯后作用的R3的影響，則可以根據(jù)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(hào)中存在噪聲電壓影響而使比較器輸出產(chǎn)生振蕩，在比較器電路中加了一個(gè)正反饋電阻R3，則產(chǎn)生一滯后電壓VHYS，并且VT值也受R3的影響成為VT2，改進(jìn)的超過(guò)閾值溫度報(bào)警電路溫度特性和輸出波形如圖11所示。

　　 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(zhǔn)電壓值。為減小R3對(duì)VT值的影響，一般R3取值較大（如470kΩ～2MΩ）。

　　基準(zhǔn)電壓4.1V經(jīng)R1、R2分壓后的電壓VT2加在比較器同相端，LM94022測(cè)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(dǎo)通使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)溫度降到（VT2-VHYS）時(shí)，比較器輸出VOUT才由高電平跳變到低電平，報(bào)警聲停止。

4 簡(jiǎn)易的溫度控制電路
　若要控制圖10中的溫度TTH基本保持穩(wěn)定（約有±3～±5℃變化），可采用圖12的電路對(duì)TTH實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。當(dāng)溫度超過(guò)TTH時(shí)，比較器的VOUT輸出高電平，經(jīng)反相器后輸出低電平，N溝道MOSFET截止，加熱器停止加熱；當(dāng)溫度降到（TTH-THYS）時(shí)，VOUT由高電平跳變到低電平，N溝道MOSFET導(dǎo)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(dòng)。

應(yīng)用注意事項(xiàng)
應(yīng)用LM94022的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)如下。
● 為保證傳感器輸出電壓精度，VDD取值為VDD=VOUT+1V；

● 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能取大的靈敏度，以減少噪聲對(duì)輸出信號(hào)電壓的影響；

● 為減少噪聲影響，可在LM94022輸出端加一個(gè)高頻旁路電容器；

● 當(dāng)傳感器與接口電路之間連接較長(zhǎng)時(shí)，連接線應(yīng)采用屏蔽線。