TMP20：高精度模擬輸出溫度傳感器的全方位解析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，溫度監(jiān)測(cè)是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它關(guān)乎著設(shè)備的性能、穩(wěn)定性和壽命。今天，我們就來詳細(xì)探討一款優(yōu)秀的溫度傳感器——TMP20。它由德州儀器（TI）推出，具有高精度、低功耗等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。

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一、TMP20的特性亮點(diǎn)

1. 高精度測(cè)量

TMP20在 -55°C 至 +130°C 的寬溫度范圍內(nèi)，能實(shí)現(xiàn) ±2.5°C 的高精度測(cè)量。這種高精度對(duì)于對(duì)溫度變化敏感的應(yīng)用場(chǎng)景，如電池管理、精密儀器等至關(guān)重要，能夠確保設(shè)備在不同環(huán)境溫度下穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 寬電源電壓范圍

其電源電壓范圍為 1.8 V 至 5.5 V，這使得它可以靈活地適配各種電源系統(tǒng)。在 15°C 至 130°C 的溫度區(qū)間內(nèi)，甚至能在低至 1.8 V 的電源電壓下正常工作，大大提高了其適用性。

3. 低功耗設(shè)計(jì)

最大僅 4 μA 的電源電流，有效降低了設(shè)備的自熱效應(yīng)，將自熱控制在小于 0.01°C 的水平。當(dāng)電源電壓 V+ 小于 0.5 V 時(shí)，設(shè)備進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，典型功耗小于 20 nA，進(jìn)一步節(jié)省了能源。

4. 微型封裝

提供 SOT - 563 和 SC70 - 5 兩種微型封裝，有效減少了電路板空間的占用。其中，SC70 封裝還與 LM20 引腳兼容，方便工程師進(jìn)行升級(jí)和替換。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TMP20 的出色性能使其在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用：

1. 消費(fèi)電子

在手機(jī)、臺(tái)式電腦、筆記本電腦以及各種便攜式設(shè)備中，TMP20 可用于監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部溫度，防止因過熱導(dǎo)致性能下降或損壞。

2. 電池管理

精確的溫度測(cè)量有助于優(yōu)化電池的充電和放電過程，延長(zhǎng)電池壽命，提高電池的安全性。

3. 工業(yè)控制

在電源供應(yīng)、HVAC（供暖、通風(fēng)和空調(diào)）系統(tǒng)、熱監(jiān)測(cè)等工業(yè)應(yīng)用中，TMP20 能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)溫度變化，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4. 汽車電子

在汽車的各種電子設(shè)備和系統(tǒng)中，TMP20 可以為汽車的安全和性能提供可靠的溫度監(jiān)測(cè)支持。

三、技術(shù)參數(shù)詳解

1. 絕對(duì)最大額定值

• 電源電壓 V+ 最大為 7 V。
• 工作溫度范圍為 -55°C 至 150°C。
• 結(jié)溫 TJ(max) 最大為 150°C。
• 存儲(chǔ)溫度范圍為 -65°C 至 150°C。

2. ESD 評(píng)級(jí)

• 人體模型（HBM）：±4000 V。
• 充電設(shè)備模型（CDM）：±1000 V。
• 機(jī)器模型（MM）：±200 V。

3. 推薦工作條件

• 電源電壓范圍為 1.8 V 至 5.5 V。
• 指定溫度范圍為 -55°C 至 130°C。

4. 電氣特性

• 溫度測(cè)量精度在 -55°C 至 130°C 范圍內(nèi)為 ±2.5°C。
• 溫度靈敏度典型值為 -11.77 mV/°C。
• 0°C 時(shí)輸出電壓典型值為 1.8639 V。

四、功能原理與傳輸函數(shù)

1. 功能框圖

TMP20 主要由熱二極管、輸出電路和接地部分組成。熱二極管感知溫度變化，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過處理后通過輸出引腳輸出模擬電壓信號(hào)。

2. 傳輸函數(shù)

在 -55°C 至 +130°C 的溫度范圍內(nèi)，TMP20 的模擬輸出遵循拋物線傳輸函數(shù)： [V{OUT }=left(-3.88 × 10^{-6} × T^{2}right)+left(-1.15 × 10^{-2} × Tright)+1.8639 V] 其中，T 為溫度（單位：°C）。當(dāng)需要求解溫度時(shí)，可使用以下方程： [T=-1481.96+sqrt{2.1962 × 10^{6}+frac{left(1.8839-V{0}right)}{3.88 × 10^{-6}}}] 此外，還可以根據(jù)不同的溫度范圍計(jì)算線性傳輸函數(shù)，以簡(jiǎn)化計(jì)算過程。例如，在 -40°C 至 +110°C 的溫度范圍內(nèi)，線性傳輸函數(shù)為： [V_{OUT }=-11.77 mV /^{circ} C × T+1.8576 V]

五、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 輸出驅(qū)動(dòng)與電容負(fù)載

在嘈雜的環(huán)境中使用 TMP20 時(shí)，可在輸出端與地之間添加一個(gè)電容，并串聯(lián)一個(gè)電阻來過濾輸出信號(hào)。TMP20 能夠驅(qū)動(dòng)最大 1 nF 的負(fù)載電容，在 1 nF 至 10 μF 的電容負(fù)載范圍內(nèi)，需要一個(gè) 150 Ω 的串聯(lián)輸出電阻來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的溫度測(cè)量。

2. 與 MCU ADC 的連接

在與微控制器（如 MSP430）的 ADC 連接時(shí)，為了避免因高采樣頻率導(dǎo)致 TMP20 輸出電壓下降，可在 TMP20 和 ADC 之間放置一個(gè)電容 (C{F})，作為電荷存儲(chǔ)庫。電容 (C{F}) 的大小取決于內(nèi)部采樣電容的大小和采樣頻率。

3. 電源供應(yīng)建議

TMP20 的低電源電流和寬電源電壓范圍使其可以從多種電源源獲取電源。電源旁路是可選的，通常取決于電源的噪聲水平。在嘈雜的系統(tǒng)中，添加旁路電容可能有助于降低耦合到 TMP20 輸出的噪聲。

4. 布局指南

在 TMP20AIDCK 封裝中，引腳 2 是與芯片進(jìn)行導(dǎo)電熱連接的最佳引腳，其最佳電氣連接為接地（GND）。如果無法將引腳 2 連接到地，可以將其電氣隔離，但需要注意避免噪聲或電磁干擾導(dǎo)致的溫度測(cè)量誤差。

六、工具與支持

1. TINA - TI 仿真軟件

TINA - TI 是一款基于 SPICE 引擎的免費(fèi)電路仿真軟件，預(yù)加載了大量的宏模型和無源、有源模型庫。它提供了常規(guī)的直流、瞬態(tài)和頻域分析功能，以及額外的設(shè)計(jì)能力。工程師可以使用 TINA - TI 對(duì) TMP20 的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行開發(fā)、修改和評(píng)估。

2. 文檔更新通知

工程師可以在 ti.com 上的設(shè)備產(chǎn)品文件夾中注冊(cè)，接收文檔更新的每周摘要通知，及時(shí)了解產(chǎn)品信息的變化。

3. 社區(qū)資源

TI 的 E2E 在線社區(qū)為工程師提供了一個(gè)交流和協(xié)作的平臺(tái)。在這里，工程師可以提問、分享知識(shí)、探索想法，并與其他工程師一起解決問題。

TMP20 以其高精度、低功耗、寬電源電壓范圍和微型封裝等優(yōu)點(diǎn)，成為了電子設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)的理想選擇。通過深入了解其特性、應(yīng)用和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，工程師們可以更好地將 TMP20 應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中，為電子設(shè)備的性能和穩(wěn)定性提供有力保障。大家在使用 TMP20 的過程中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。