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薩科微SL-S-TRS-5.5Dx數(shù)字紅外熱電堆芯片方案

應(yīng)用案例|Application Cases|

2024-10-17 12:54:35 766

深圳市薩科微SLKOR(www.jj-led.cn)半導(dǎo)體有限公司技術(shù)骨干來自清華大學(xué)和韓國延世大學(xué)，以新材料新工藝新產(chǎn)品引領(lǐng)公司發(fā)展，較早掌握國際*的第三代半導(dǎo)體碳化硅功率器件技術(shù)。薩科微集電子元器件的設(shè)計開發(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)，“slkor”品牌逐漸發(fā)展成為國際知名品牌，與全*超過10000家合作伙伴一起發(fā)展。為了努力為客戶提供*的產(chǎn)品和配套的解決方案，現(xiàn)在薩科微推出一系列數(shù)字紅外熱電堆非接觸測溫應(yīng)用設(shè)計demo板使用教程。

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：智能可穿戴設(shè)備、智能手機(jī)、工業(yè)溫度監(jiān)測、非接觸表面人體測溫、智能溫度感應(yīng)與控制等近距離測溫尺寸較小的設(shè)備

1.3芯片功能：

薩科微SL-S-TRS-5.5Dx是一款貼片形式的數(shù)字紅外熱電堆芯片，用于非接觸測溫應(yīng)用。芯片內(nèi)置NTC、紅外熱電堆、信號調(diào)理電路和高分辨率 ADC組成，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。從 ADC 取得 NTC 和熱電堆對應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)，再由MCU把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為用戶需要的溫度值。可以在-40℃～130℃溫度環(huán)境中應(yīng)用，測量溫度范圍更廣在-40℃～530℃之間。

2．薩科微SL-S-TRS-5.5Dx典型應(yīng)用電路圖

2.1薩科微SL-S-TRS-5.5Dx電路原理：

薩科微SL-S-TRS-5.5Dx芯片引腳包含電源、I2C 總線和1根地址設(shè)置，供電電壓允許范圍為 2.5～5V。I2C 的數(shù)據(jù)和時鐘線進(jìn)行上拉處理。ADDR 管腳是器件I2C 地址的最低位，如果沒有使用兩顆傳感器的需求可以直接連到 GND 或 VCC。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。

2.2薩科微SL-W-TRS-5.5Dx芯片提供用于串行通信的 I2C 通訊協(xié)議。通訊協(xié)議的選擇是基于 CSB 狀態(tài)。 I2C 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。SL-S-TRS-5.5D1的 I2C 芯片地址如下表所示。7 位器件地址的 LSB 位由 SDO 引腳確定。如果 SDO 連接到 VDDIO，則 7 位 I2C 地址為“ 1101101”。如果 SDO 連接到 GND，則 7 位 I2C 地址為“ 1101100”。（如下圖）

I 2C 芯片地址

I 2C 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 I2C 數(shù)據(jù)通訊開始。I2C 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 I2C 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?/span>

3.SMD-6P,4.7x3.8mm封裝及尺寸

3.1引腳定義

4.溫度測量影響因素

4.1芯片一致性影響同一種熱電堆傳感器，本身的輸出特性是確定的，這里“特性”是指芯片電壓輸出受環(huán)境及物體溫度的影響“趨勢”是一致的。熱電堆個體之間的差異在于材料和生產(chǎn)工藝，在相同外部條件下，傳感器的*輸出不完全一致，但相互之間可以認(rèn)為是恒定倍數(shù)關(guān)系。

4.2視場角（FOV）影響因為熱電堆傳感器位于芯片內(nèi)部，芯片上都會留一個視窗，并配合紅外濾光片作為透光窗口。傳感器的視場角近似等于芯片截面上熱電堆本體與透光窗口兩側(cè)交叉連線的夾角。對于紅外熱電堆傳感器來說，芯片視場角范圍內(nèi)與傳感器本體存在溫差的物體都會影響最終輸出。一般溫槍應(yīng)用都會將傳感器與一個金屬套筒安裝在一起，內(nèi)部使用透鏡或聚光杯將紅外光匯聚在傳感器上。金屬筒的作用就是給傳感器提供一個穩(wěn)定的環(huán)境溫度，并配合光學(xué)設(shè)計使測溫槍具有指定視場角。對于空間足夠的非穿戴設(shè)備，建議設(shè)計時將傳感器底部及四周進(jìn)行鋪地處理，并加以金屬光杯，以增加傳感器熱容，縮小視場角并延長測溫距離。如果是空間緊張的穿戴設(shè)備，可以根據(jù)具體產(chǎn)品形態(tài)將傳感器布置在距外殼 2-3mm 處。在滿足視場角的情況下將開口設(shè)計為盆形。需要注意的是，普通可見光鏡片一般不透射遠(yuǎn)紅外光。傳感器本身是密封的，如果需要做整體密封設(shè)計，可以通過泡棉密封或是使用透紅外的硅濾光片（和傳感器上相同材質(zhì)的鏡片，方形外觀采購成本會低一些）如果需要改變測溫結(jié)構(gòu)的視場角且結(jié)構(gòu)上不允許使用金屬套筒，則視場角內(nèi)的非被測物體溫度需要納入考慮，有些情況下可以通過補(bǔ)償?shù)牡玫较胍臏y溫結(jié)果。

4.3測溫距離影響因為紅外輻射強(qiáng)度與物體距離呈反比關(guān)系，因此為了測量精確度，一般額溫槍應(yīng)用都會要求在一定距離內(nèi)測量（3-5cm）。尤其是紅外傳感器用于近距離體溫測量時，因為距離皮膚非常近，因此距離因素對傳感器輸出影響很大。所以一般都需要經(jīng)過專門調(diào)校測試。

4.4溫度穩(wěn)定性影響由于一般的溫度測量和傳感器輸出電壓測量是分步完成，每次轉(zhuǎn)換的時間較長，并且傳感器有一定響應(yīng)時間，因此如果測量過程中環(huán)境溫度不夠穩(wěn)定，我們得到的溫度和輸出電壓是不同步的，這就會導(dǎo)致測量結(jié)果與實際溫度值之間的差異。因此傳感器本體溫度穩(wěn)定也尤為重要。結(jié)構(gòu)上允許的話最好在傳感器上或四周使用金屬構(gòu)件增加熱穩(wěn)定性。

5設(shè)計注意事項

應(yīng)用設(shè)計中，重點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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