术语和定义

参考文献

对于相关的文件和软件，请访问：

//www.xmece.com/configurable-mixed-signal．

下载免费GreenPAK Designer软件[1]打开.gp文件[2]，并查看所提出的电路设计。使用GreenPAK开发工具[3.可以在几分钟内将设计冻结到您自己定制的集成电路中。yabo国际娱乐Dialog Semiconductor提供完整的申请资料库[4]，包括设计实例，以及对Dialog IC的功能和模块的解释。

1. GreenPak Designer软件，《软件下载及用户指南》，Dialog Semiconductoryabo国际娱乐
2. AN-CM-245温度补偿.GP，绿派克设计文件，Dialog半导体yabo国际娱乐
3. GreenPAK开发工具， GreenPAK开发工具网页，Dialog半导体yabo国际娱乐
4. GreenPAK应用笔记，绿派克应用笔记网页，对话半导体yabo国际娱乐
5. B. V. Zeghbreeck，“半导体器件原则”2011年。[在线]。可用的：https://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter2/ch2_7.htm.．
6. 电阻指南，“[在线]。可用：http：//www.resistorguide.com/ntc-tharmistor/。[访问05 02 2018]。

作者：亚历山大理查森

背景

介绍

设备性能的可变性是工程的不幸方面。即使在单个组件内，许多因素也可能导致可区分的变化。电气元件的生产方法旨在降低误差和变异性，但是一些变异来源是不可能完全缓解生产实践的。

不可避免的变化最大的罪魁祸首之一是温度。在集成电路中，由于电子迁移率的变化，这会导致电路特性的不同，例如开关速度的不同。［5温度可以改变分立元件和传感器的预期行为，这可能导致微控制器或IC误读(或完全不读)一个关键信号。由于这些原因，许多系统可以受益于添加温度监测模块的设计。

在大多数情况下，温度校正/监测模块必须体积小、成本低。传感器有不同的尺寸，通用的误差修正模块不应该大到足以引起系统尺寸的相当大的变化。在物联网(IoT)领域，这一点尤其重要，因为大多数物联网设备已经相当小，无法腾出太多的额外空间。类似地，一个昂贵的解决方案对于大多数项目来说是不可行的，可能只需要购买一个更便宜的竞争模块就可以了。对话框GreenPAK™设备是最佳解决方案，因为它们是小，成本低，消耗很小的静态电流，这防止了温度校正模块大大影响了电池寿命。

本应用说明探讨了使用Dialog GreenPAK IC与数字电位器、无源元件和运放一起测量系统上的温度变化。这GreenPAK将监测与校准点相比较的电压变化，并将调整数字电位器以抵消电压变化。脉冲的数量(上升或下降)将存储在GreenPAK并将在I2C信号读取。将列出几个关键的设计选择，并假设使用该方法的进一步应用。亚博国际官网平台网址

理论

温度的变化可以通过在一个典型的电阻器和一个对温度高度敏感的电阻器之间的分压器来测量。如果这个电阻有负温度系数(NTC)，电阻率将随着温度降低，造成V出去在图1较低的电压。

图1还显示了与NTC热敏电阻串联的数字电位器。这将是满足常数V所需的平衡电位器出去在温度。输出电压方程如下:

因此，如果NTC热敏电阻阻力下降，则数字电位计电阻率必须增加，反之亦然。重要的是，热敏电阻的电阻在温度上是非线性的。［6］图2表现出典型的NTC行为。

因此，如果应用程序希望监视大的温度范围，则系统应设计为通过附加电路或通过软件来算出该非线性。

系统设计

电路

系统设计如下图所示图3：

在大多数应用中，亚博国际官网平台网址R1应该很大。这是有益的，因为它增加了数字电位器和热敏电阻电压变化的线性度。如果R1，则NTC分压器的温度变化将非常小:

另外,如果R1时，温度变化将极大地决定电压的相对变化:

然而，需要注意的是，即使电压变化更依赖于温度，输出电压总是非常小。使用运放来增加绝对电压随温度的变化。运放采用非反相放大器配置，使系统增益为:

在这种应用中，电阻器的偏置在R处1= 2.25 MΩ， R2=18 kΩ和R3=1 kΩ。MCP4013数字电位器的范围为0 ~ 50kΩ，珠状热敏电阻室温电阻率为50kΩ。

设计输出

这种应用的必要性是GreenPAK必须能够将电位器信息传回处理器。因此,GreenPAK需要知道电位器在任何给定时间的值。它可以通过校准电位器到一个已知的值，如最大或最小电阻，然后跟踪从给定计数的变化来实现这一点。大多数数字电位器具有易失性存储器，这意味着电位器可能需要在每次电源中断时重新校准。

该设计假定数字电位器或变阻器具有64步(6位)雨刷配置，但可以通过ISP改变计数器来增加其他选项。

设计将能够输出I2C值，包含当前步骤的计数值。这可以用来解释补偿温度变化所需的电阻率。电位器电阻率的一般公式为

式中RAW为电位器电阻，RAB为轨间电压，N为步长，RW为雨刷电阻。这可以比作热敏电阻的补偿电阻，它可以用来确定等效温度。

例如，如果我们的我2C值在校准后的64个可能的步骤中为7，我们可以确定电阻是：

将它与我们选择的元件一起插入电路方程，我们得到:

因此，在该示例中测量的温度将比室温稍微较冷，因为NTC热敏电阻具有比50kΩ的标称电阻略高的电阻率。

应该注意的是，如果在校准点处知道NTC值，则计算变得更加简单。电位计电阻的变化大致抵消NTC差异。因此，如果电位计增加了3.125kΩ，则NTC热敏电阻逐渐下降大致相同的值。

GreenPAK设计

SLG88103的输出电压由GreenPAK设计。在示例应用程序中，比较器的阈值是VDD/2;当Temp_EN或Calibration_EN变高时，数字电位器将被操纵以改变SLG88103的输出等于VDD/2。数字电位器的电流值将存储在计数器中，计数器可通过I读取2C。

销的描述

销的描述

引脚3，输入电压

输出的SLG88103，这是比较VDD/2。这是用于检测是否满足正确阈值的比较器的输入。

销4,Calibration_EN

启用信号进行校准。校准是强迫数字电位器达到其最大值，然后减小以找到正确的电阻。这是在启动时校准电位器所必需的，因为电位器的初始值是未知的。没有校准，温度校正电路就不能自信地读出I2C值是正确的。

此应用程序假定为64步电位器，但可以选择其他值。同样重要的是要注意第六步，本申请中的电位计不会“环绕”;如果它确实如此，那么这种校准方法就无法正常工作。

销5 Temp_EN

检查温度通过增加或减少电位器得到在SLG88103输出的VDD/2。Temp_EN使用正在运行的电位器计数器，并假定系统已经过适当的校准。

如果经过校准，Temp_EN引脚优于Calibration_EN，因为系统不需要花费时间增加到最大电位器值。例如，如果电位器距离正确值只有一位，重新校准可能需要120倍的时间!

PIN 12，NCS

表示“不选择芯片”。这是一个active_low信号，用于递增或递减。这是一个必要的信号，电位计使用在本应用笔记和可能表现不同的其他应用。亚博国际官网平台网址

13针了,

假设nCS较低，脉冲上升沿的增量或增量。如果当nCS下降时Up是高的，电位器将增加。如果nCS降低时Up降低，则电位器减小。

别针15，OOB

别针15代表“出界”。它用来指示电位器已达到其电阻极限(不论高或低)，不能继续校正电压差。这是一个有用的信号，可以告诉用户温度校正超出了系统的规格。

GreenPAK设计描述

首要的功能GreenPAK设计是为了监控输入电压是否高于或低于VDD/2的阈值。如果使能信号被触发，nCS信号将下降，UP值将导致电位器增加或减少。边缘检测连接到比较器，一旦比较器改变信号，电位计就会停止。图4显示了GreenPAK设计:

系统被I激活2虚拟输出或引脚4和5。Temp_EN和Calibration_EN互斥;校准的优先级。DFF3和DFF6设置使能信号，使输出时钟上升，降低输出nCS。Calibrate_enable (3-bit LUT2)和边缘检测用于在比较器改变值时禁用这些信号。

在图4设计的最上面的部分集中于计数发送到电位器的脉冲数。向上/向下的方向被2-L2减慢。如果VDD/2大于输入，计数器将增加。然而，如果启用Calibration_EN，则不同的信号将使用CNT1/DLY1一次性触发器覆盖方向。CNT1/DLY1通过记录63个脉冲迫使电位器达到其最大电阻。CNT1/DLY1也会在CNT0/DLY0/FSM0高电平复位时，通过上升边检测将CNT0/DLY0/FSM0设置为最大值。

如果Temp_enable和Calibrate_enable都没有激活，则Up将匹配比较器的极性。CNT4/DLY4是一个1.5ms的边缘延迟，用于保持nCS的Up/Down信息，以记录电位器是否应该增加或减少(在Up引脚描述中描述)。

“Pot counting”(3位LUT11)用作“Running position count”(CNT0/DLY0/FSM0)的时钟。它将根据“计数方向”(3-L5)的值向上或向下计数。当计数器的值低于0时，运行位置计数将触发OOB引脚。然而，如果保持不间断，计数器将继续超过63，只有通过所有16位循环后才发送输出脉冲。为了防止这种情况发生，如果“Positive overflow”计数器注意到计数器已经尝试增量超过63次而没有通过边界，则会触发出界点。

结果

结果是使用面包板和第4节中描述的设置获得的。图5显示电路的校准到室温，一旦NTC开始升温，将按下TEMP_EN信号并且输出电压稳定回VDD / 2。

黄色频道：vslg88103

蓝色频道：NCS

粉红色的频道：起来

我的2C值在每个阶段读取：63在校准时，在第一次稳定下7，在第二次稳定下。

应用中使用的电位器仅依靠上升沿来增加台阶。如果保持最小的高、低定时值，则可以使用任何占空比。因此，设计使增加和减少的占空比成反比。如果处理器不兼容I2C，这允许处理器直接计算Up输出。图6显示按下Temp_EN按钮后输出电压的递减。注意，减量的占空比非常小。

黄色频道：vslg88103

蓝色频道：NCS

粉红色的频道：起来

温度传感器的分辨率约为+- 15 mV。然而，这在很大程度上取决于电位器的步长和系统的抗噪性;比较器的分辨率被规定为5 mV。

进一步的应用程序亚博国际官网平台网址

虽然该应用专注于温度校正，但基本原理可以应用于许多不同的传感器;基于参数的变化电阻，测量相对于参考的差异，并跟踪补偿电阻变化的电位计值。该概念可以应用于无数的电阻传感器，例如光致抗蚀剂，应变计，醇气体电阻器等。

还可以进一步改进，也可以对温度感测应用进行进一步的改进。亚博国际官网平台网址如理论部分所述，非线性可能是在大范围内工作的温度传感器的问题。可以添加电路以进一步缓解该问题。另外，PWM输出可以从当前电位计数中衍生出来;这可以用于加热和冷却装置（例如风扇和加热器）亚博国际官网平台网址的应用中。

结论

了解温度如何影响传感器或模块对许多应用程序来说是至关重要的。亚博国际官网平台网址的对话框GreenPAK由于其尺寸，可配置性和价格是通过动态配置数字电位器来监测温度变化的优异方法，以补偿NTC热敏电阻。这GreenPAK可以给出一个I2C与温度变化相关的数字值，可由处理器读取以获得补偿传感器测量值或将温度数据中继给用户，如用温度计。这种应用为温度校正提供了一种广泛的方法，也可以应用于其他传感器因素(光、压力、气体浓度……)。