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薩科微SL-W-TRS-5.5Dx數(shù)字紅外熱電堆芯片方案

應(yīng)用案例|Application Cases|

2024-09-13 09:56:38 941

深圳市薩科微半導(dǎo)體有限公司技術(shù)骨干來自清華大學(xué)，以新材料新工藝新產(chǎn)品引領(lǐng)公司發(fā)展，掌握國際*的第三代半導(dǎo)體碳化硅功率器件技術(shù)。薩科微集電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)和銷售一體化的高新科技企業(yè)，為客戶提供可靠的產(chǎn)品和配套的技術(shù)服務(wù)。

1.1名稱：薩科微數(shù)字紅外熱電堆非接觸測溫應(yīng)用

1.2應(yīng)用：醫(yī)療、智能可穿戴設(shè)備、智能家電、工業(yè)溫度監(jiān)測、非接觸表面人體測溫、額溫槍、學(xué)生卡、電子哨兵等近距離高精度數(shù)字測溫設(shè)備。

1.3芯片功能：

薩科微SL-W-TRS-5.5Dx是一款直插形式的數(shù)字紅外熱電堆芯片，用于非接觸測溫應(yīng)用。芯片內(nèi)置熱電堆傳感器和專用處理芯片，用戶無需其他外圍，直接通過 I2C 總線與傳感器進(jìn)行通訊讀取。芯片本身附帶 5mm 和 8mm 金屬筒的標(biāo)準(zhǔn)型號，可以在-40℃～130℃溫度環(huán)境中應(yīng)用。芯片能測量液體溫度、物體溫度（表溫）、人體溫度等，測量溫度范圍在-40℃～530℃之間。

1.4薩科微SL-W-TRS-5.5Dx系列型號為：

SL-W-W-TRS-5.5D1 --- 裸傳感器，TO-46 封裝，視場角 FOV = 90°

SL-W-TRS-5.5D2 --- TO-46 封裝加 5mm 高金屬筒，視場角 FOV = 75°

SL-W-TRS-5.5D3 --- TO-46 封裝加 8mm 高金屬筒，視場角 FOV = 60°

SL-W-TRS-5.5D4 --- TO-46 封裝加 5mm 異形金屬筒，視場角 FOV = 75°

SL-W-TRS-5.5D5 --- TO-46 封裝加 5mm 異形金屬筒，視場角 FOV = 75°

SL-W-TRS-5.5D6 --- TO-46 封裝加 3.5mm 異形金屬筒，視場角 FOV =75°

2．薩科微SL-W-TRS-5.5Dx典型應(yīng)用電路圖

2.1薩科微SL-W-TRS-5.5Dx電路原理：

薩科微SL-W-TRS-5.5Dx器件引腳包含電源、I2C 總線共 4 個管腳，供電電壓允許范圍為 2.3～3.6V。傳感器本身功耗很低，電源地之間使用一顆 0.1uF 電容即可，如果傳感器離供電部分比較遠(yuǎn)，可以考慮增加一個 10uF 電容，以保證電源穩(wěn)定降低噪聲。

2.2薩科微SL-W-TRS-5.5Dx器件提供用于串行通信的 I 2C 通訊協(xié)議。通訊協(xié)議的選擇是基于 CSB 狀態(tài)。 I 2C 總線使用 SCL 和 SDA 作為信號線，兩條線都通過上拉電阻從外部連接到 VDDIO，以便在總線空閑時，保持為高電平。數(shù)字器件的 I 2C 設(shè)備地址可以通過寄存器 0x92 的 Chip_Address 進(jìn)行配置，另有 I 2C 通的通配 7-bit 地址為 0x7F（如下圖）

I 2C 器件通配地址

I 2C 總線器件 SDA 和 SCL 的總線線路特性

I 2C 時序圖

I 2C 通訊協(xié)議

2.3 當(dāng) SCL 處于高電平同時 SDA 處于下降沿，標(biāo)志 I 2C 數(shù)據(jù)通訊開始。I 2C 主設(shè)備依次發(fā)送從設(shè)備的地址（7 位），隨后方向控制位 R/W 選擇讀/寫操作。當(dāng)從設(shè)備識別到這個地址后，產(chǎn)生一個應(yīng)答信號，并在第九個 SCL(ACK) 周期將 SDA 拉低。 SCL 處于高電平，SDA 處于上升沿，標(biāo)志 I 2C 數(shù)據(jù)通信結(jié)束。當(dāng) SCL 為高時 SDA 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定。只有當(dāng) SCL 為低時 SDA 傳輸?shù)闹挡趴梢愿淖儭?br/>

3.TO-46 金屬管殼封裝及尺寸

3.1引腳定義

4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

對于帶金屬光杯的型號，如果結(jié)構(gòu)上允許，可以將傳感器鏡頭突出設(shè)備外殼上表面。如果外觀有限制需要將器件內(nèi)置，則需要保證結(jié)構(gòu)避讓器件視場。

對于有特殊需求需要使用 TO46 裸傳感器芯片的產(chǎn)品，其本身感光視場角 FOV 約為 90 度。因?yàn)榧t外熱電堆傳感器對光、熱非常敏感，所以環(huán)境溫度越穩(wěn)定，雜散光干擾越小，得到的測量結(jié)果越精確。一般來說不建議直接使用傳感器進(jìn)行測量，在產(chǎn)品中應(yīng)用需要結(jié)構(gòu)上的配合。傳感器本身自帶硅濾光片，因?yàn)闉V光片對紅外線有衰減，會導(dǎo)致測量結(jié)果偏低，如非必要，不要再增加其他濾光片。

4.1熱設(shè)計(jì)要求

環(huán)境溫度對測溫效果影響較大，盡量保證傳感器處于一個穩(wěn)定的環(huán)境溫度下，避免熱源對其影響。因此要遠(yuǎn)離高發(fā)熱器件，PCB 上傳感器四周盡可能做開槽設(shè)計(jì)，將傳感器置于孤島。

4.2測溫距離

傳感器輸出特性在近距離（一般指距離傳感器鏡片 20mm 以內(nèi)）時受距離影響稍大，因此測量人體時建議的測量距離為 2-5cm 左右，測量其他物體在滿足視場角的情況下可以適當(dāng)拉長距離。

5.程序設(shè)計(jì)

5.1標(biāo)準(zhǔn)模式：通過配置寄存器實(shí)現(xiàn)I2C模式，直接I2C 讀取數(shù)據(jù)。

5.2體眠模式：sleep Mode 下復(fù)用SDA作為中斷INT輸出，I2C失效，SCL持續(xù)為高電平。只對比傳感器通道，不對比內(nèi)部溫度傳感器輸出。在I2C IDLE模式下通過I2C配置sleep_en = 1，mode_en = 1進(jìn)入sleep，sleep 一段時間（100ms~25.6s，8bit），喚醒進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換得到ADCcal輸出，結(jié)合channel combination，check只對比To1校準(zhǔn)后的adc raw data，用校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)跟閾值去比，滿足中斷條件就能觸發(fā)中斷，寄存器可配高于設(shè)置閾值觸發(fā)中斷還是低于設(shè)置閾值觸發(fā)中斷，判斷完成后繼續(xù)進(jìn)入sleep。默認(rèn)配置SDA持續(xù)為高電平，當(dāng)觸發(fā)中斷則拉低，過50ms又回到高電平。此中斷信號可用于喚醒MCU。 MCU檢測到INT信號后，控制SCL下拉超過10ms回到I2C IDLE模式，sleep_en=0。

6.設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

應(yīng)用設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)需要了解的是測量對象的材質(zhì)（液體，物體還是人體），測量距離，測量溫度范圍，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境做算法優(yōu)化開發(fā)，以提高測量的*度。原始芯片算法是只保證在熱平衡條件下，并且等溫條件(傳感器封裝上沒有溫度差)下傳感器有這個精度。若傳感器封裝上有溫差，測得精度就會受到影響。能引起傳感器封裝溫差的情況，比如傳感器底面或側(cè)面有較熱(或較冷)的元器件，或傳感器非常接近被測物體，被測物會局部加熱傳感器。

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