模擬溫度傳感器通常與模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）一起使用。了解兩個器件之間的接口將有助于設(shè)計人員使用這些器件實現(xiàn)更好的溫度測量精度。本應(yīng)用筆記討論了傳感器-ADC接口以及如何從所用元件中獲得最佳結(jié)果。

模擬輸出溫度傳感器因其低成本、小尺寸和低功耗要求而廣受歡迎。在許多使用模擬溫度傳感器的系統(tǒng)中，傳感器的輸出由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）測量。

了解一些簡單的概念將有助于您設(shè)計傳感器/ADC接口。在下面的討論中，我們將使用MAX6605，低功耗模擬溫度傳感器來說明這些概念。

源阻抗

大多數(shù)廣泛使用的通用ADC，無論是分立式還是嵌入微控制器，其輸入端都有一個簡單的采樣保持電路。開關(guān)將信號源與采樣電容器連接。經(jīng)過短暫的采樣后，開關(guān)打開。圖1顯示了ADC輸入級的簡化版本。請注意，所有ADC輸入級并不相同;圖 1 僅作為概念輔助工具顯示。

圖1.這是模擬溫度傳感器驅(qū)動采樣ADC輸入的概念原理圖。具有過大輸出電阻的溫度傳感器會阻止采樣電容在采樣期間完全充電，從而導(dǎo)致誤差。

為了對輸入信號進(jìn)行精確采樣，電容必須在閉合期間充滿電。對于10位ADC，這意味著總源電阻（包括開關(guān)導(dǎo)通電阻）乘以采樣電容（例如10pF）的時間常數(shù)必須小于開關(guān)閉合時間的10%左右：

(RON + ROUT) x CSAMPLE < 0.1 x TSAMPLE

其中 R上是采樣開關(guān)導(dǎo)通電阻，R外是溫度傳感器的輸出電阻，C樣本是采樣保持電容，T樣本是采樣開關(guān)關(guān)閉的時間。

這會限制驅(qū)動ADC輸入的源電阻值。大多數(shù)通用ADC的最大源阻抗限值在1kΩ至10kΩ之間。

模擬溫度傳感器的輸出電阻范圍從小于100Ω到幾kΩ;一些高阻抗輸出級與某些ADC輸入不兼容。MAX6605具有240Ω輸出阻抗，與幾乎所有通用ADC兼容。

如果溫度傳感器的輸出電阻過大，在ADC輸入引腳和地之間連接一個電容可以降低有效源阻抗并最大限度地減少誤差。電容通常應(yīng)為采樣電容值的千倍，因此10nF電容通常就足夠了。采樣間隔時間應(yīng)足夠長，以使電容電壓接近傳感器輸出電壓，使其在所需的精度范圍內(nèi)。對于10位ADC，10個時間常數(shù)應(yīng)該足夠了;因此，對于一個1k源電阻和一個10nF電容，兩次轉(zhuǎn)換之間至少100μs的周期就足夠了。

負(fù)載電容

即使不需要電容來補償過大的源電阻，通常的做法是在ADC輸入引腳上放置一個電容，如圖2所示。這有助于過濾通向傳感器的走線上拾取的噪聲。常用值在 1nF 到 100nF 之間。如上所述，采樣速率必須足夠慢，以使電容在轉(zhuǎn)換之間充分充電。

圖2.通常在ADC輸入端連接一個電容，以濾除噪聲或幫助減少由于傳感器輸出電阻過大而導(dǎo)致的誤差。請注意，采樣率必須允許轉(zhuǎn)換之間有多個時間常數(shù)。

理想情況下，溫度傳感器能夠在不振蕩的情況下驅(qū)動該電容。（MAX6605在1nF至無窮大的負(fù)載電容范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。許多其他模擬溫度傳感器在加載幾百皮法的負(fù)載電容時變得不穩(wěn)定;有時可以通過增加一個值為幾百歐姆的串聯(lián)電阻器來將這些電阻與電容隔離。請注意，在傳感器輸出和ADC輸入之間增加一個電阻可能需要進(jìn)一步降低采樣速率。

基準(zhǔn)電壓、溫度范圍和分辨率

與ADC一起使用的基準(zhǔn)電壓會影響有用溫度范圍和溫度測量分辨率。例如，MAX6605溫度傳感器驅(qū)動10位ADC，基準(zhǔn)為2.5V。該ADC可以嵌入在微控制器中，或者在要求更高性能的應(yīng)用中，它可以是獨立的ADC，如MAX1248。

采用2.5V基準(zhǔn)時，每個LSB的重量

2.5V/1024LSB = 2.44mV/LSB

MAX6605溫度傳感器輸出的標(biāo)稱斜率 為 11.9mV/°C，因此每個 LSB 將對應(yīng)于

（2.44mV/LSB）/（11.9mV/°C） = 0.205°C/LSB

MAX6605產(chǎn)生2.26V的標(biāo)稱輸出電壓 125°C;因此，其溫度和電壓范圍與2.5V基準(zhǔn)兼容。

審核編輯：郭婷