使用MAX1253/54和MAX1153/54进行温度监测

MAX1253/54和MAX1153/54系统监测器是用于监测系统中多个温度的低成本方案。本应用笔记解释了如何在单端或差分配置中使用遥感二极管测量温度，以及可能的误差源。

传统上，远程温度监测是通过热敏电阻、热电偶或温度传感器IC完成的。如果系统需要在多个位置进行温度测量，则成本可能会迅速增加。MAX1253/1254和MAX1153/1154提供低成本方案，用于监测多个远端温度以及单个本地温度。此外，这些器件提供自主报警功能，无需主机控制器进行任何交互，在超过用户可编程上限或下限阈值时产生中断，从而实现完全独立的温度监控。

这些IC器件可监测任意电压和温度，本文将重点介绍温度监测，因此作为MAX1253/54和MAX1153/54数据资料的补充，该数据资料涵盖了器件的所有功能。

基本二极管温度测量

二极管或二极管连接的晶体管的正向电压（V是） 在恒定电流下工作时，负温度系数约为 2mV/°C，可用于测量远端二极管的温度。然而，V是二极管制造商之间甚至设备之间都可能有所不同，因此绝对温度测量对于批量生产不切实际，因为每个传感器都需要校准。补偿 V 的替代技术是变化使用来自两个已知电流的测量值来计算温度。这种测量取决于比率，而不是绝对值，并且本质上更准确。MAX1253/1254和MAX1153/1154使用以下公式。

温度 = (VHIGH - VLOW) × q/(n × k × ln(IHIGH/ILOW) (°K)

其中：

VHIGH= 高电流流动的传感器二极管电压 （I高)
VLOW= 低电流流动的传感器二极管电压 （I低)
q = 电子电荷 = 1.602。10-19库仑
k = 玻尔兹曼常数 = 1.38。10-23J/K
n = 理想因子 = 1

为了使用这种方法进行温度测量，该器件使用两个独立的恒流源执行两次测量。I 之间的比率高和我低在工厂修剪。然后，器件使用上述公式计算温度，并将结果写入输出寄存器（以°C为单位）。

有关理想性因数的更多信息，请参考Maxim应用笔记：“补偿热检测二极管的理想因数和串联电阻差”。

使用MAX1253/1254和MAX1153/54

MAX1253/MAX1254和MAX1153/54的温度测量过程是全自动的。电流源和 V 的切换是测量在内部排序，无需用户干预。得到的12位（MAX1253/1254）和10位（MAX1153/1153）2的补码结果代表传感器温度，单位为摄氏度，1LSB = 0.125°C（12位）和1LSB = 0.5°C （10位）。

MAX1253/MAX1254和MAX1153/MAX1154支持单端和差温测量，或两者的任意组合。两种测量类型的设计决策取决于所需的精度水平以及温度传感器的类型或数量。

图1.连接差分和单端温度传感器。

单端模式每个通道需要较少的连接数量，因此实现更简单，每个IC器件最多有8个监控温度。实现很简单，只需将二极管连接的晶体管的阳极连接到输入通道，将阴极接地即可。

差模测量通过提供共模抑制来实现更高的精度，但只允许为每个IC器件监控四个单独的温度。将二极管连接的晶体管的阳极连接到偶数输入通道，并将阴极连接到配置为差分测量的输入对的奇数输入通道。图1显示了二极管连接。请参考图2和图3，了解单端或差分传感器的典型温度误差。

图2.典型的A级温度误差。

图3.典型的 B 级温度误差。

错误来源

由于与温度测量相关的小信号，正确的布局技术对于最小化耦合到模拟输入的噪声非常重要。

对于单端测量，传感器选择远离高电流返回路径的接地连接，以避免引入由电路板/系统接地中的压降引起的误差，这是单端测量的主要缺点。要获得更好的精度性能，可以使用星形配置的子系统接地或信号接地层。将阳极传感器连接走线与电路板和系统噪声源隔离;用接地线和接地层（如果可用）对其进行屏蔽，以防止由磁/电噪声感应引起的温度测量精度下降。

对于差分测量，两条传感器连接线以最小间距彼此平行运行。这将通过最小化两条线路之间的差分噪声来提高温度测量精度，因为它们将同样暴露于大多数噪声源。为了进一步改善噪声抑制，通过在接地层之间运行两个传感器连接（如果可用）来屏蔽它们。应尽可能减小 AIN（+） 和 AIN（-） 端子之间的电容。图4显示了进行差温测量时该电容对模拟输入的影响。一种连接选项是使用 RG-6 电缆，其电容为 50-75pF/M。这意味着该设备可以承受长达 4 米的此类电缆，而不会对性能产生重大影响。

图4.外部传感器电容的影响。

为了进一步降低噪声，MAX1253/54和MAX1153/54具有片内平均功能，可实现。它可以编程为将结果平均从 1（无平均）到 2048 次。平均效应可将噪声降低大约 1/sqrt（N） 倍数。

选择远程温度传感器

温度检测精度取决于是否具有高质量的二极管连接小信号晶体管作为传感器。2N3904型器件的精度已经过实验验证。晶体管必须是具有低基极电阻的小信号类型。正向电流增益的严格规格（+50至+150）表明制造商具有良好的过程控制，并且器件具有一致的V是特性。还可以使用CPU板载传感器和其他IC的板载温度检测设备。

审核编辑：郭婷