探索LMT88溫度傳感器：特性、應用與設計要點

在電子工程師的日常工作中，溫度傳感器是一個常見且關鍵的元件。今天我們要深入探討的是德州儀器（TI）的LMT88溫度傳感器，它在眾多應用場景中展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。

文件下載：lmt88.pdf

一、產(chǎn)品概述

LMT88是一款精密模擬輸出CMOS集成電路溫度傳感器。它的工作溫度范圍為?55°C至130°C，電源工作范圍是2.4 V至5.5 V。其轉移函數(shù)主要呈線性，但有輕微的可預測拋物線曲率。在環(huán)境溫度為30°C時，若采用拋物線轉移函數(shù)，其精度通常為±1.5°C，在溫度范圍的極值處，溫度誤差線性增加，最大可達±5°C。而且，它的溫度范圍會受到電源電壓的影響，當電源電壓在2.7 V至5.5 V時，溫度范圍為?55°C至130°C；當電源電壓降至2.4 V時，負極端變?yōu)?30°C，正極端仍為130°C。

二、產(chǎn)品特性

成本效益高

LMT88是熱敏電阻的經(jīng)濟替代方案，能在滿足性能要求的同時，有效降低成本。

寬溫度范圍

額定溫度范圍為?55°C至130°C，可適用于各種極端環(huán)境。

小封裝

采用SC70封裝，體積小巧，便于在多種設備中集成。

可預測的曲率誤差

轉移函數(shù)的拋物線曲率可預測，方便工程師進行精確的溫度計算。

低功耗

靜態(tài)電流小于10 μA，在靜止空氣中的自熱效應小于0.02°C，并且由于其低功耗特性，它可以直接由許多邏輯門的輸出供電，甚至無需關機功能。

三、應用場景

LMT88的應用范圍十分廣泛，涵蓋了工業(yè)、汽車、醫(yī)療、計算機等多個領域。

工業(yè)領域

在HVAC（供暖、通風和空調系統(tǒng)）、磁盤驅動器、打印機、電源模塊、傳真機等設備中，LMT88可實時監(jiān)測溫度，確保設備的穩(wěn)定運行。

汽車領域

可用于汽車的電池管理系統(tǒng)，精確監(jiān)測電池溫度，保障電池的安全和性能。

醫(yī)療領域

在便攜式醫(yī)療儀器中，LMT88的高精度和低功耗特性使其成為理想的溫度監(jiān)測元件。

計算機領域

可用于計算機的CPU溫度監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)過熱問題，保護計算機硬件。

四、技術細節(jié)

引腳配置與功能

LMT88采用5引腳SOT封裝，各引腳功能如下：

• NC（引腳1）：必須懸空或接地，不得連接其他信號跡線。
• GND（引腳2和5）：設備基板和芯片連接焊盤，連接到電源負極。為了實現(xiàn)與PCB接地平面的最佳熱導率，引腳2必須接地，該引腳也可懸空。
• VO（引腳3）：溫度傳感器模擬輸出。
• V+（引腳4）：正電源引腳。

規(guī)格參數(shù)

絕對最大額定值

• 電源電壓：?0.2 V至6.5 V
• 輸出電壓：(V+ + 0.6) V至?0.6 V
• 輸出電流：10 mA
• 任何引腳的輸入電流：5 mA
• 最大結溫：150 °C
• 存儲溫度：?65 °C至150 °C

ESD（靜電放電）等級

• 人體模型（HBM）：±2500 V
• 充電設備模型（CDM）：±250 V

推薦工作條件

• 當2.4 V ≤V+≤2.7 V時，溫度范圍為?30°C至130°C；當2.7 V ≤V+≤5.5 V時，溫度范圍為?55°C至130°C。
• 電源電壓范圍：2.4 V至5.5 V

熱信息

• 結到環(huán)境的熱阻（RθJA）：282 °C/W
• 結到外殼（頂部）的熱阻（RθJC(top)）：93 °C/W
• 結到電路板的熱阻（RθJB）：62 °C/W

電氣特性

• 溫度到電壓誤差：在不同溫度下有相應的誤差范圍，如在TA = 25°C至30°C時，誤差為±1.5°C。
• 輸出電壓在0°C時為1.8639 V。
• 傳感器增益：在?30°C至100°C范圍內為?12.6 mV/°C至?11.0 mV/°C。
• 輸出阻抗：在0 μA ≤IL ≤16 μA時為160 Ω。

轉移函數(shù)

LMT88的轉移函數(shù)可以用不同方式描述：

• 簡單線性轉移函數(shù)（在25°C附近精度較好）：VO = ?11.69 mV/°C × T + 1.8663 V
• 拋物線轉移函數(shù)（在全工作溫度范圍?55°C至130°C內精度最佳）：VO = (?3.88 × 10?? × T2) + (?1.15 × 10?2 × T) + 1.8639 V

通過拋物線轉移函數(shù)解出溫度T的公式為： [T=-1481.96+sqrt{2.1962 × 10^{6}+frac{left(1.8639-V_{O}right)}{3.88 × 10^{-6}}}]

五、應用與實現(xiàn)

電容負載處理

LMT88對電容負載的處理能力較好，在不采取任何預防措施的情況下，它可以驅動小于300 pF的電容負載。在極嘈雜的環(huán)境中，可能需要添加一些濾波措施以減少噪聲拾取。TI建議在V+和GND之間添加0.1 μF的電容來旁路電源電壓，在輸出端和地之間添加電容和串聯(lián)電阻。

典型應用

全量程攝氏溫度傳感器

設計要求方面，由于LMT88是一個簡單的溫度傳感器，布局設計很重要。詳細設計過程中，可以使用拋物線轉移函數(shù)或替代的二階轉移函數(shù)來計算溫度。不同溫度范圍下的最佳擬合線性轉移函數(shù)也已給出，不過需要注意的是，線性轉移函數(shù)的誤差會隨著溫度范圍的擴大而增加。

攝氏恒溫器

可以使用參考（如LM4040）和比較器（如LM7211）來創(chuàng)建一個簡單的恒溫器，通過相應的公式計算閾值。

系統(tǒng)示例

LMT88功耗極低，可以通過邏輯門的輸出驅動其電源引腳來實現(xiàn)關機功能。在與采樣模數(shù)轉換器輸入級連接時，由于大多數(shù)CMOS ADC的輸入結構可能會給LMT88等模擬輸出設備帶來問題，需要添加電容來滿足輸入采樣電容的瞬時充電要求。

六、電源與布局建議

電源建議

LMT88的電源電壓范圍為2.4 V至5.5 V，非常適合許多應用。在嘈雜的環(huán)境中，TI建議在V+和GND之間至少添加0.1 μF的電容來旁路電源電壓，具體電容值可能需要根據(jù)電源噪聲情況進行調整。

布局指南

LMT88可以像其他IC溫度傳感器一樣輕松應用，可以粘貼或固定在表面，其感測的溫度與連接引腳的表面溫度相差約0.02°C。為了確保良好的熱導率，芯片背面直接連接到引腳2的GND引腳。也可以將其安裝在密封端金屬管內，然后浸入浴槽或擰入水箱的螺紋孔中。同時，要注意保持LMT88及其布線和電路的絕緣和干燥，避免泄漏和腐蝕。

熱考慮

熱阻是計算器件結溫上升的重要參數(shù)，對于LMT88，可以使用公式 (T{J}=T{A}+theta{J A}left[left(V^{+} I{Q}right)+left(V^{+}-V{O}right) I{L}right]) 來計算結溫上升。為了準確測量溫度，應盡量減少LMT88所需驅動的負載電流。

七、總結

LMT88溫度傳感器以其低成本、寬溫度范圍、低功耗和高精度等特性，在眾多應用領域中具有很大的優(yōu)勢。通過深入了解其特性、技術細節(jié)和應用設計要點，電子工程師可以更好地將其應用到實際項目中。在實際使用過程中，要根據(jù)具體的應用場景和要求，合理選擇電源和布局方案，以充分發(fā)揮LMT88的性能。你在使用溫度傳感器時有遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？不妨在評論區(qū)分享一下你的經(jīng)驗。