Термосенсор

Введение

Сенсор преобразует электрические величины, прямо пропорционально зависящие от температуры кристалла, в двоичное представление этой температуры.

Технические характеристики:

• точность измерения температуры ±0,1 ℃;
• погрешность измерения температуры в диапазоне [–40 °C; 125 °C] не превышает 1 %;
• наличие спящего режима с пониженным потреблением тока;
• функция подстройки для уменьшения влияния разброса техпроцесса.
• Тактовая частота 32КГц-100КГц

Состав и принцип работы сенсора

Структурная схема представлена на рисунке ниже. Сенсор состоит из блока формирования опорного тока, блока формирования двух напряжений база-эмиттер, сигма-дельта АЦП и регистра накопления результатов АЦП.

Структурная схема сенсора

Блок сенсора основан на биполярных транзисторах, так как их технологический разброс параметров мал по сравнению с альтернативами. Для генерации данных о температуре достаточно всего двух транзисторов в диодном включении, управляемых разными токами. Напряжение база-эмиттер Vbe обратно пропорционально температуре (CTAT), а разница напряжений ΔVbe прямо пропорциональна (PTAT). Эти напряжения линейны, а линейная комбинация создает температурно-независимое постоянное напряжение Vref (рисунок и формулы далее), соответствующее ширине запрещенной зоны.

Принцип работы сенсора

Основное преимущество такой схемы, что формируемое PTAT напряжение не зависимо от технологического процесса и  вычисляется по формуле:

Эти напряжения переводятся в базис заряда и используются сигма-дельта АЦП на переключающихся конденсаторах. Плотность потока на выходе АЦП меняется от 0 до 1 в зависимости от температуры и равна согласно равенству зарядов по формуле 16. Сама температура вычисляется в градусах Цельсия по формуле 17, при A= 619,2 и В= -273,15 (константы, следующие из формул далее)

Регистры управления

Список регистров

Регистры управления температурным сенсором

Обозначение	Смещение	Начальное значение	Назначение	Доступ
TSENS_CFG	0x1C	0x0	Регистр настроек	RW
TSENS_TRESHOLD	0x20		Регистр пороговых значений	RW
TSENS_IRQ	0x24	0x0	Регистр прерываний	RW
TSENS_CLEAR_IRQ	0x28	0x0	Регистр сброса прерываний	W1C
TSENS_VALUE	0x2C	0x0	Регистр данных	RO
TSENS_SINGLE	0x30	0x0	Регистр запуска однократного измерения	WO
TSENS_ CONTINIUS	0x34	0x0	Регистр запуска непрерываного измерения	WO
REF_CLB	0x38	0x01	Управление калибруемыми источниками тока и напряжения	RW

Описание регистров

TSENS_CFG

Смещение: 0x1C - регистр настройки термодатчика. Значение после подачи сброса: 0x00000000;

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
Зарезервировано								Div
rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Div		Clk_mux			Trim								Rn	Npd_Clk	Npd
rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw

Биты 23:14 Div - Значение делителя тактового сигнала. Частота сенсора определяется как  T_SENS = F_IN/(Div + 1)

Биты 13:11 Clk_mux - Выбор источника тактирвоания сенсора (F_IN):

• 0x0 – системная частота (sys_clk);
• 0x1 – частота шины AHB (hclk);
• 0x2 – частота внешнего осцилятора 32 МГц;
• 0x3 – частота HSI32M;
• 0x4 – частота внешнего осцилятора 32 кГц;
• 0x5 – частота LSI32K

Биты 10:3 Trim - Колибровочный коэфициент

Бит 2 Rn - Управление сбросом сенсора, активный уровень «0»

Бит 1 Npd_Clk - Управление тактированием сенсора:

• 0 – тактирование сенсора выключено;
• 1 –  тактирование сенсора включено

Бит 0 Npd - Управление питанием сенсора:

• 0 – сенсор выключен;
• 1 – сенсор включен

TSENS_TRESHOLD

Смещение: 0x20 - пороговый регистр. Значение после подачи сброса: 0x00000000;

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
Зарезервировано												Low_ Threshold
rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Low_ Threshold						Hi_ Threshold
rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	ro

Биты 19:10 Low_ Threshold - При значении выхода сенсора менее  Low_Threshold  будет формироваться прерывание. Значение по умолчанию соответсвует температуре 125  ^оС. Начальное значение 387.

Бит 9:0 Hi_ Threshold - При значении выхода сенсора больше  Hi_Threshold  будет формироваться прерывание. Значение по умолчанию соответсвует температуре 125  ^оС. Начальное значение 658.

REF_CLB

Смещение: 0x38 - регистр калибровочных данных. Значение после подачи сброса: 0x00000100;

31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16
Зарезервировано
rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Зарезервировано							EN	Coef_RefIclb				Coef_RefVclb
rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	rw	ro

Бит 8 EN - Включение калибровки настройки опорного

Бит 7:4 Coef_RefIclb - Коэффициент настройки тока

Бит 3:0 Coef_RefVclb - Коэффициент настройки напряжения