探索SGM447：1.5V雙增益模擬溫度傳感器的卓越性能與應(yīng)用

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，溫度傳感器是至關(guān)重要的組件，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的溫度，確保設(shè)備在安全的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。SGM447作為一款高性能的1.5V雙增益模擬溫度傳感器，憑借其獨(dú)特的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，受到了電子工程師們的青睞。今天，我們就來(lái)深入了解一下SGM447的特點(diǎn)、性能以及應(yīng)用。

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一、SGM447概述

SGM447是一款高精度的模擬輸出CMOS集成電路溫度傳感器，采用了小巧的WLCSP封裝。它可以在最低增益配置下以1.5V的電源電壓工作，能夠測(cè)量 -55℃ 至 +150℃ 的溫度范圍。這種寬溫度范圍的測(cè)量能力，使得SGM447適用于各種不同的環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)景。

二、主要特性

1. 電源電壓與低靜態(tài)電流

SGM447的電源電壓范圍為1.5V至5.5V，具有低靜態(tài)電流的特點(diǎn)。這使得它在電池供電的系統(tǒng)中表現(xiàn)出色，能夠有效延長(zhǎng)電池的使用壽命。在不同的電源電壓下，其靜態(tài)電流也有所不同，例如在VDD = 1.5V時(shí)，GS = 0的靜態(tài)電流為3.0 - 6.5μA，GS = 1時(shí)為3.4 - 7.0μA。

2. 溫度精度

在 -20℃ 至 +85℃ 的溫度范圍內(nèi)，溫度精度為 ±2.5℃（最大值）；在 -55℃ 至 +150℃ 的溫度范圍內(nèi)，溫度精度為 ±3.5℃（最大值）。這種高精度的溫度測(cè)量能力，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

3. 雙增益選擇

SGM447具有兩個(gè)可選的增益，通過(guò)GS引腳進(jìn)行選擇。當(dāng)GS = 0時(shí)，增益為 -5.4mV/℃；當(dāng)GS = 1時(shí)，增益為 -8.1mV/℃。用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的增益，以優(yōu)化溫度測(cè)量的靈敏度。

4. 強(qiáng)輸出源和吸收電流能力

該傳感器具有AB類輸出，能夠在驅(qū)動(dòng)重負(fù)載時(shí)提供強(qiáng)大的輸出源和吸收電流能力。這使得它可以直接驅(qū)動(dòng)需要瞬態(tài)負(fù)載的采樣保持模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入，而無(wú)需在輸出端使用外部組件，如電阻和緩沖器。

5. 其他特性

SGM447還具有推挽輸出、輸出短路保護(hù)等特性，并且工作溫度范圍為 -55℃ 至 +150℃，采用綠色WLCSP - 0.8×0.8 - 4B - A封裝，符合環(huán)保要求。

三、電氣特性

1. 溫度精度

在不同的溫度范圍和增益設(shè)置下，SGM447的溫度精度有所不同。例如，在TA = +25℃，使用拋物線傳遞函數(shù)，GS = 0且VDD - VOUT ≥ 300mV時(shí)，溫度精度為 ±1℃；在TA = -20℃ 至 +85℃ 時(shí)，溫度精度為 -2.5 至 +2.5℃。

2. 傳感器增益

如前面所述，GS = 0時(shí)增益為 -5.4mV/℃，GS = 1時(shí)增益為 -8.1mV/℃。

3. 負(fù)載調(diào)節(jié)和線路調(diào)節(jié)

負(fù)載調(diào)節(jié)在ISOURCE ≤ 300μA，(VDD - VOUT) ≥ 200mV時(shí)為0.03 - 0.5mV；線路調(diào)節(jié)在VDD = 1.5V 至 5.5V時(shí)，ΔVOUT/ΔVDD為60 - 800μV/V。

4. 電源電流

不同電源電壓和增益設(shè)置下，電源電流也不同。例如，VDD = 1.5V，GS = 0時(shí)，電源電流為3.0 - 6.5μA；VDD = 5.5V，GS = 1時(shí)，電源電流為4.1 - 8.0μA。

四、典型性能特性

1. 溫度誤差與溫度關(guān)系

通過(guò)圖表可以看出，在不同的增益設(shè)置下，溫度誤差與溫度之間存在一定的關(guān)系。例如，在GS = 0和GS = 1時(shí)，溫度誤差隨溫度的變化曲線有所不同，但總體都在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)。

2. 電源電流與溫度關(guān)系

電源電流隨溫度的變化也有一定的規(guī)律。在不同的電源電壓和增益設(shè)置下，電源電流會(huì)隨著溫度的升高而有所變化。

3. 線路調(diào)節(jié)和負(fù)載調(diào)節(jié)與溫度關(guān)系

線路調(diào)節(jié)和負(fù)載調(diào)節(jié)也會(huì)受到溫度的影響。在不同的溫度下，線路調(diào)節(jié)和負(fù)載調(diào)節(jié)的值會(huì)有所波動(dòng)。

五、應(yīng)用信息

1. 傳遞函數(shù)

SGM447的輸出電壓與溫度之間的傳遞函數(shù)是拋物線形式的。通過(guò)給定的公式，可以計(jì)算出不同溫度下的輸出電壓。例如，當(dāng)GS = 0時(shí)，傳遞函數(shù)為： [G0: V{TEMP }(mV)=868.6 mV - 5.434 mV /^{circ} C times left(T - 30^{circ} Cright) - 0.0003 mV /^{circ} C timesleft(T - 30^{circ} Cright)^{2}] 當(dāng)GS = 1時(shí)，傳遞函數(shù)為： [G1: V{TEMP }(mV)=1317.3 mV - 8.081 mV /^{circ} C timesleft(T - 30^{circ} Cright) - 0.0006 mV /^{circ} C timesleft(T - 30^{circ} Cright)^{2}] 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，也可以使用兩點(diǎn)方程來(lái)近似計(jì)算輸出電壓： [V - V{1}=left(frac{V{2}-V{1}}{T{2}-T{1}}right) timesleft(T - T{1}right)]

2. 安裝和熱導(dǎo)率

SGM447可以像其他溫度傳感器一樣輕松應(yīng)用于PCB板上，也允許進(jìn)行膠合。為了進(jìn)行熱傳導(dǎo)，芯片的背面連接到GND。但需要注意的是，走線和焊盤(pán)的溫度會(huì)影響溫度傳感器的讀數(shù)。此外，SGM447還可以安裝在密封端金屬管中、浸入浴槽或擰入水箱的螺紋孔中。為了避免泄漏和腐蝕，相應(yīng)的電路應(yīng)保持足夠干燥。在寒冷的環(huán)境中，由于可能出現(xiàn)冷凝和濕氣，會(huì)影響SGM447的正常運(yùn)行，此時(shí)可以使用印刷電路涂層來(lái)保護(hù)溫度傳感器。

3. 輸出和噪聲考慮

由于推挽輸出級(jí)的結(jié)構(gòu)，SGM447具有較低的輸出電阻，增強(qiáng)了吸收和源電流的能力，能夠驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)負(fù)載，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。在一些應(yīng)用中，它可以直接為ADC的輸入電容提供電流源。同時(shí)，由于電源的紋波，電源噪聲增益可能會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，可以使用輸出電容來(lái)過(guò)濾噪聲。建議在電源引腳附近放置一個(gè)0.47μF的陶瓷旁路電容，以避免噪聲干擾。

4. 電容性負(fù)載

在噪聲較大的情況下，如驅(qū)動(dòng)SAR ADC時(shí)，需要使用輸出電容來(lái)過(guò)濾負(fù)載開(kāi)關(guān)輸入產(chǎn)生的輸出噪聲。SGM447具有出色的電容性負(fù)載能力，能夠處理1100pF的電容性負(fù)載。如果負(fù)載電容大于1100pF，則需要使用串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償。不同的負(fù)載電容值對(duì)應(yīng)不同的串聯(lián)電阻最小值，例如，當(dāng) (C{L}) 值為1.1nF至99nF時(shí)，(R{S}) 的最小值為3kΩ；當(dāng) (C{L}) 值為100nF至999nF時(shí)，(R{S}) 的最小值為1.5kΩ；當(dāng) (C{L}) 值為1μF時(shí)，(R{S}) 的最小值為800Ω。同時(shí)，如果VDD斜坡速率在0.02V/μs至5V/μs之間，建議在OUT引腳連接一個(gè)1nF的負(fù)載電容。

5. 輸出電壓偏移

SGM447的輸出電壓在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)具有線性特性，但當(dāng)電源電壓斜坡到設(shè)備的典型電壓范圍時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)輕微的輸出偏移。這種現(xiàn)象是由溫度傳感器輸出級(jí)的軌到軌PMOS或N - MOS緩沖器引起的。當(dāng) (VOD) 比 (Vout) 大1.0V時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)輸出電壓偏移。輸出電壓偏移通常在輸出電壓或電源電壓變化約200mV時(shí)發(fā)生，在溫度從 +5℃ 至 +20℃ 且輸出電壓?jiǎn)握{(diào)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)。需要注意的是，電氣特性表中兩個(gè)可選增益的整個(gè)溫度范圍數(shù)據(jù)已經(jīng)包含了可能的電壓偏移。

6. 可選增益優(yōu)化

SGM447的GS引腳可以由微控制器的GPIO引腳驅(qū)動(dòng)，也可以簡(jiǎn)單地連接到系統(tǒng)的電源軌。對(duì)于低電源系統(tǒng)，SGM447可以以 -5.4mV/℃ 的增益測(cè)量 -55℃ 至 +150℃ 的溫度；對(duì)于大電源系統(tǒng)，應(yīng)將相應(yīng)的增益設(shè)置為 -8.1mV/℃。如果用戶希望降低輸出噪聲，選擇較大的增益是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，例如可以減少輸出端的耦合噪聲或來(lái)自ADC的量化噪聲。此外，數(shù)字可選增益的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以增強(qiáng)SGM447在運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)測(cè)試能力，用戶可以使用主機(jī)設(shè)備（微控制器）修改溫度傳感器的增益來(lái)檢查其功能。

7. 其他應(yīng)用電路

• 攝氏度恒溫器應(yīng)用：可以使用滯后比較器來(lái)指示不同溫度的高低狀態(tài)，通過(guò)特定的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確控制。
• 關(guān)機(jī)節(jié)能：由于SGM447具有超低功耗的特點(diǎn)，可以通過(guò)邏輯門(mén)的輸出將其關(guān)閉，從而節(jié)省功耗。
• SAR ADC輸入級(jí)連接：大多數(shù)基于CMOS的ADC集成在微控制器中，具有采樣電容輸入結(jié)構(gòu)。為了滿足ADC采樣電容的充電需求，需要從源輸出提供瞬時(shí)電荷，可以添加輸出電容 ((C{FILT})) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。(C{FILT}) 的大小取決于采樣頻率和采樣電容的大小。

六、封裝信息

SGM447采用WLCSP - 0.8×0.8 - 4B - A封裝，提供了詳細(xì)的封裝外形尺寸和推薦的焊盤(pán)圖案。同時(shí)，還給出了卷帶和卷軸的相關(guān)信息，包括卷軸尺寸、卷帶尺寸以及關(guān)鍵參數(shù)列表。此外，還提供了紙箱尺寸的信息，方便用戶進(jìn)行產(chǎn)品的包裝和運(yùn)輸。

SGM447作為一款高性能的溫度傳感器，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足各種不同的應(yīng)用需求。電子工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，合理選擇和使用SGM447，以實(shí)現(xiàn)精確的溫度測(cè)量和控制。你在使用溫度傳感器的過(guò)程中，遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。