在个人电子产品、工业或医疗应用的设计中，工程师必须应对同样的挑战，即如何提升性能、增加功能并缩小尺寸。除了这些考虑因素外，他们还必须仔细监测温度以确保安全并保护系统和消费者免受伤害。

众多行业的另一个共同趋势是需要处理来自更多传感器的更多数据，进一步说明了温度测量的重要性：不仅要测量系统或环境条件，还要补偿其他温度敏感元件，从而确保传感器和系统的精度。另外一个好处在于，有了精确的温度监测，无需再对系统进行过度设计来补偿不准确的温度测量，从而可以提高系统性能并降低成本。

温度设计挑战分为三类

温度监测：

温度保护：

温度补偿：

本系列文章将提供一些TI应用简介，由此说明使用不同温度传感技术的各种应用的设计注意事项。首先介绍主要的温度挑战，然后重点说明各种应用的设计注意事项，评估温度精度和应用尺寸之间的权衡，同时讨论传感器放置方法。

温度传感器基本原理

在嵌入式系统中，总是需要更高的性能、更多的功能和更小的外形尺寸。鉴于这种需求，设计人员必须监测整体温度以确保安全并保护系统。在应用中集成更多传感器进一步推动了对温度测量的需求，不仅要测量系统条件或环境条件，还要补偿温度敏感元件并保持整体系统精度。

温度设计注意事项

实现高效温度监测和保护的注意事项包括：

•精度。传感器精度表示温度与真实值的接近程度。在确定精度时，必须考虑所有因素，包括采集电路以及整个工作温度范围内的线性度。

•尺寸。传感器的尺寸会对设计产生影响，而分析整个电路有助于实现更优化的设计。传感器尺寸还决定了热响应时间，这对于体温监测等应用非常重要。

•传感器放置。传感器的封装和放置会影响响应时间和传导路径；这两个因素都对高效温度设计至关重要。

工业中常见的温度传感器技术包括集成电路 (IC) 传感器、热敏电阻、RTD和热电偶。下表比较了在为设计挑战评选适合的技术时参考的主要特性。

IC传感器

IC温度传感器取决于硅带隙的预测温度依赖性。如下图和公式所示，精密电流为内部正向偏置P-N结提供电源，从而产生对应于器件温度的基极-发射极电压变化 (ΔVBE)。

硅带隙的温度依赖性

鉴于硅的可预测行为，IC可在宽泛的温度范围内提供高线性度和精度（高达 ±0.1°C）。这些传感器可以集成系统功能，例如模数转换器 (ADC) 或比较器，最终可以降低系统复杂性并减小整体占用空间。这些传感器通常采用表面贴装和穿孔封装技术。

热敏电阻

热敏电阻是无源组件，其电阻很大程度上取决于温度。热敏电阻分为两类：正温度系数 (PTC) 和负温度系数 (NTC)。

虽然热敏电阻针对板载和非板载温度传感方式提供了多种封装选择，但与IC传感器相比，其实现方案通常需要更多的系统组件。硅基PTC热敏电阻具有线性特征，而NTC热敏电阻具有非线性特征，通常会增加校准成本和软件开销。

典型的热敏电阻实现方案

上图显示了典型的热敏电阻实现方案。通常很难确定热敏电阻的真实系统精度。NTC系统误差的影响因素包括NTC容差、偏置电阻器（易受温漂影响）、ADC（可能导致量化误差）、NTC固有的线性化误差以及基准电压。

RTD

RTD是由铂、镍或铜等纯净材质制成的温度传感器，具有高度可预测的电阻/温度关系。

复杂的四线RTD电路

铂RTD可在高达600°C的宽泛温度范围内提供高精度和高线性度。如上图所示，一个采用模拟传感器的实现方案中包括复杂的电路和设计挑战。最终，为了实现精确的系统，需要进行复杂的误差分析，这是因为产生影响的组件数量较多，而这也会影响系统的整体尺寸。RTD还需要在制造期间进行校准，而后每年进行现场校准。

RTD 系统误差的影响因素包括RTD容差、自发热、ADC量化误差和基准电压。

热电偶

热电偶由两个不同的电导体组成，这两个电导体在不同的温度下形成电结。由于热电塞贝克效应，热电偶产生与温度相关的电压。该电压转换为热端和冷端之间的温差。

带有冷端补偿 (CJC) 温度传感器的热电偶

必须知道冷端的温度才能获得热端温度。由于有两个系统具有相互影响的单独容差和能力，这里的精度将受到限制。上图显示了一个典型的CJC实现方案，其中采用热电偶和外部传感器来测定热端温度。

热电偶不需要外部激励，因此不会受到自发热问题的影响。它们还支持极端温度 (>2,000°C)。

虽然热电偶坚固耐用且价格低廉，但它们却需要额外的温度传感器来支持CJC。热电偶往往具有非线性特征，并且对于热电偶与电路板连接处的寄生结非常敏感。对热电偶进行数字化容易受到先前讨论的 ADC 误差的影响。

点击了解更多，快速定位TI模拟专栏，查看更多TI传感器类产品的最新、最全资料。同时，在未来的几篇文章中，我们会重点说明各种应用的设计注意事项，评估温度精度和应用尺寸之间的权衡，同时讨论传感器放置方法。