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天津傳感器銅殼報價/泊頭利坤廠家訂做品質保障

時間:2019-01-14 15:14:54  來源:  作者:

  對適用于可穿戴式電子體溫計設計的CMOS體溫傳感器和NTC熱敏電阻這兩種體溫傳感技術在測溫原理、校準技術、集成度和經濟性等方面的技術特點進行對比。
  1、測溫原理對比
  CMOS溫度傳感器本質上是通過硅襯底上的寄生PNP晶體管的溫度特性來獲得溫度信息的,CMOS溫度傳感器通過PNP晶體管獲得一個與絕 對溫度成正比的(Proportional-to-Absolute-Temperatwe,PTAT)電壓和一個負溫度系數(Complementary-to-Absolute-Temperature,CTAT)電壓,將這兩個電壓按一定比例系數相加即得到一個與溫度無關的電壓VREF,再將PTAT電壓和VREF接入ADC即可得到溫度信息。因此CMOS溫度傳感器輸出的溫度信息為數字信號,配合微控制器等器件即可完成溫度信息的讀取。NTC熱敏電阻是一種隨著溫度升高阻值逐漸下降的感溫傳感器配件,其測溫的原理是通過測得NTC的電阻值,然后根據溫度一阻值分度表來獲得溫度信息。熱敏電阻阻值的測量通常使用橋式電路或分壓電路,通過測量電壓的變化來獲得溫度信息,其輸出的溫度信號為模擬信號,一般還需要加上一個ADC才能獲得數字信號。
  輸出數字信號的CMOS溫度傳感器只需要加上一個微控制器即可實現溫度信息的讀取,而NTC熱敏電阻還需要額外的參考電阻和ADC電路。因此,在電路設計方面輸出數字信號的CMOS溫度傳感器更具有優 勢。
  2、校準技術對比
  對于CMOS體溫傳感器,目前主要的校準技術包括晶圓級的校準、封裝進傳感器外殼后的校準以及裝置校準。通過采用DEM、斬波技術和曲率補償等誤差消除方法,可以使得模擬前端的測量精度主要受VBE的影響,同時采用電流增益誤差消除技術使得引起VBE誤差的各誤差來源對VBE溫度特性曲線的影響只有一個自由度,即個溫度誤差對vBE的影響是在原來的基礎上加上了一個與絕 對溫度成正比的量,那么這些誤差都可以由一個溫度點進行校準。VBE的偏差通常發生在不同批次之間,因此單點校準技術可以同時校準同一批次生產的體溫傳感器,在進行校準之前需要先進行溫箱實驗,測量同一批次中的部分樣片以獲得整個批次的溫度誤差系數,然后再用該校準系數來校準整個批次的體溫傳感器,但對于不同批次的體溫傳感器需要分別校準。以NTC熱敏電阻為傳感器的電子體溫計,其溫度測量精度除了受NTC熱敏電阻本身的影響以外,還與電路的結構相關。要提高溫度測量精度,一方面可以使用性能良好的器件,另一方面可以分析誤差來源對校準技術。
  3、集成度對比
  一方面,隨著集成電路技術的不斷發展,其工藝尺寸在不斷的縮小,CMOS體溫傳感器的尺寸可以做得越來越小;另一方面,體溫傳感器模塊還可以集成微控制器、無線通信等模塊。這使得整個體溫測量裝置可以集成在一個芯片內,實現真正的片上裝置(SoC)。因此越來越高的集成度將是CMOS體溫傳感器的發展趨勢。
  對于NTC熱敏電阻,制造商們也在不斷地研發具有各種電特性與物理尺寸組合的器件,以滿足用戶不斷提高的測量需求,通過采用LTCC(Low-Temperature-Cofired-Ceramics)技術可以實現NTC熱敏電阻的3D集成,使其更適用于細胞或血液等需要連續精確測量溫度的微裝置。
  集成了MCU、射頻通信等模塊后的CMOS體溫傳感器,相比于采用NTC熱敏電阻的體溫計成品,不需要額外的參考電阻以及外接的NTC熱敏電阻,因此隨著不斷提高的集成電路技術CMOS體溫傳感器在高集成度設計上更具有優 勢。雖然基于CMOS體溫傳感器的單芯片裝置解決方案可以大大的提高可穿戴式體溫計設計的集成度,但是當體溫傳感器與MCU等模塊集成在一起后,芯片的自熱將成為影響溫度測量精度的關鍵因素,工作電流越大,產生的自熱就會越嚴重,這也是CMOS體溫傳感器在高集成度發展中必須要解決的問題。
  4、經濟性對比
  對于可穿戴式體溫計成品的設計成本,主要包括物料成本和校準成本。CMOS集成體溫傳感器直接輸出數字的溫度信息,只需要加上微控制器單元即可完成溫度信息的獲取,而NTC熱敏電阻還需要額外的電路設計,通常需要一個參考電阻和模數轉化器,因此在去除體溫傳感器之后的物料設計成本CMOS集成體溫傳感器更具有優 勢。關于校準成本,CMOS體溫傳感器通常在出廠前完成校準,NTC熱敏電阻通常需要進行校準。這兩種體溫傳感器的成本和其本身的測量精度、器件尺寸等性能指標相關,通常出廠之前經過校準的體溫傳感器其精度更高,但價格也更昂貴,而精度更高的體溫傳感器在后期電路設計階段所需的成本會更低,關于器件的尺寸其越小所需的成本通常也更高。基于兩種體溫傳感器的體溫測量設計成本和具體的設計方案有關,在實際設計中需要綜合衡量測量精度、尺寸和成本的輕重來決定。
  5、可穿戴式組裝形式對比
  可穿戴式醫用電子體溫計除了有小型化、低功耗的要求,其在可穿戴組裝形式的研究中還包括以下需求:1)、體溫傳感器與人體接觸良好,2)、與人體接觸一側的材料導熱良好,相對的一側導熱越小越好,3)、整個體溫計絕緣、防水且不能屏蔽射頻信號的發射。基于上述可穿戴組裝形式的要求,NTC熱敏電阻封裝靈活,具有可以彎折的特點,測試的目標點準確,而CMOS體溫傳感器因其芯片的封裝形式,難以做到與人體的良好接觸,尤其是在單芯片的解決方案中,CMOS體溫傳感器與MCU,RF模塊集成以后,更增加了其可穿戴組裝形式的研究難度。因此,CMOS體溫傳感器相比于NTC熱敏電阻在可穿戴式體溫計成品設計中存在的另一個問題是其在可穿戴組裝形式中的安置問題。
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