温度传感器是一种可以测量温度的电子设备，其主要功能是将温度信号转换为电信号输出。不同类型的温度传感器适用于不同的应用场景，目前其广泛应用于工业自动化、医疗、环境监测及消费电子产品等领域。伴随着自动驾驶、物联网等新兴产业的崛起，温度传感器市场不断扩大。与此同时，市场对温度传感器的灵敏度、尺寸、功耗等标准的要求愈发严苛。
8月30日下午15：00，第六十八期“集微公开课”直播，上海申矽凌微电子科技股份有限公司（简称“申矽凌”）温度传感器产品线总监March HU带来了《用“芯”感知世界》的主题演讲。以温度传感器为中心，深入浅出地为大家讲解了测温器件及测温原理、温度传感器IC工作原理、芯片参数及申矽凌的产品优势及特色产品等。
性价比提升 市场驱动传感器IC替代
March HU首先介绍了四种接触式传感器。第一种也是最常见的是Thermistor，也叫热敏电阻；第二种叫传感器IC，也是申矽凌做的比较全的；第三种是Thermocouple热电偶，比起Thermister和传感器IC，测温范围大大拓宽；第四种是电阻温度检测器RTD，常见的有铂电阻，是一种随温度线性变化的贵金属。
March HU表示，四种传感器各有优劣势，其中热敏电阻价格低廉，但误差大，热敏电阻的系统综和测温误差约为±3~±5℃；传感器IC精度高，不需要二次校准，可做到±0.1℃的绝对精度，但测温范围相对受限；热电偶适合高温环境使用，工作温度范围可达-260℃至+2700℃；RTD传感器是无源器件，需激励电流配合开尔文法测量阻值，外围电路相对复杂。
从March HU对四种传感器的总结来看，温度传感器IC由于CMOS电路结温和封装材料限制，在温度测温范围不占优势，通常是-55℃~+200℃的温度范围。可以看到热敏电阻、热电偶和RTD在测温范围上都是比IC要宽很多。但是在后面的参数上，温度传感器IC的优势明显。
March HU说：“首先从精准度来说，NTC精度较差，传感器IC可以出厂校准到±0.1℃的绝对精度；第二，在线性度方面，NTC温度和电阻的对应曲线天然非线性的，需要二次数据处理，可能带来生产成本变高，但传感器IC不存在二次精度校准的问题；第三，在接口方面，传感器IC使用简单，可支持I2C/SMBUS, I3C, SPI, UART等通用接口，实现multi-drop的拓扑结构。但NTC只支持Point to Point，每个NTC测温都需要占用一路ADC通道，或者使用模拟开关进行通道切换。”
申矽凌 CT1721 产品，是一颗2端子的温度传感器IC，只有DIO（数据引脚）和GND，产品从DIO引脚取电。且该产品尺寸可做到0.6mm x 0.6mm，单总线上可最多挂在9颗CT1721。这使得温度传感器IC替换NTC电阻没有额外的硬件成本。得益于此，诸多客户也在逐步将热敏电阻替换成温度传感器IC。
温度传感器IC如何选择？
关于温度传感器IC，March HU从工作原理、电路组成、类别、重要参数等几个方面做了详细介绍。
March HU称，“很多客户做技术交流的时候会对IC的测量原理、内部组成感兴趣，其实本质上是用了P-N结作为温度传感单元，利用其伏安曲线的温度特性感知外部温度的上升和下降。它的原理是伏安曲线。电流从电源的正极到负极，伏安曲线就是右上方这幅图。导通之后，电流会随着电压快速上升，此外会有一个反向饱和电流，长期比较小，到达击穿电压也会被击穿。”
“从图中可看出，当温度上升，PN结产生给同样的正向电流电流，其所需的电压是下降的。我们正是利用这样一个PN结电压与温度的相关性来作为温度传感器的基础原理。当然要把它做成一个非常准确的温度传感器，不仅仅是这样一个原理，需要有更多细节上的考量。”March HU补充说。
据悉，温度传感器IC有Local Only、Local + Remote、Temperature Switch及Signal Conditioning IC四种类型。March HU为大家做了解释，“Local是P-N结在芯片内部，它测量的就是芯片本身的环境温度；Local + Remote的特点是可以测量多个物理位置的温度，首先通过内部PN结测量芯片本体环境温度，还可以通过外接三极管的方式测量其它物理位置的温度；Temperature Switch主要进行温度阈值报警，可用作电源保护；Signal Conditioning IC即热电偶的调理芯片，申矽凌也有该品类的成熟产品。”
而温度传感器IC具有许多重要参数，选购者应该关注哪些？March HU认为，包括测量温度范围、测量精度、MCU相关的Vcc电压域范围及接口等都是需要考虑的参数。
March HU强调，热响应时间（Response time）也是越来越多客户关注的重点。因为测量的温度往往不是芯片紧密贴合的部位，中间可能还有部分介质，所以越来越多客户在意芯片的热导能力如何。
但真正的响应时间不是测量整个过程时间，我们会以63%的量作为参考值。March HU举了一个例子，比如说0到100℃，我们只要看变化到63℃用了多久。这个时间单位是秒，反映了芯片导热的能力。
申矽凌深耕温度传感器领域，也推出了诸多优质产品。
产品差异化 申矽凌做可靠的温度数据测量
三四十年来，国外厂商做了一系列温度传感器品类并占领了大部分市场，申矽凌为什么还要在2012年入局这个行业？
March HU表示，因为申矽凌温度传感器IC在完全兼容国外厂商对应产品的引脚封装和固件驱动的基础上，可以做到更好的性能。对比国外厂商的器件，申矽凌可以在“精准度”核心指标上做更好。此外申矽凌产品的分辨率会做得更低、功耗更低、Vcc支持范围更宽、接口传输速率会更高……
March HU还说，申矽凌专注于高性能可靠的温度测量芯片，配合更高的性价比和客户服务能力，伴随着国产替代的浪潮，申矽凌的温度传感器品类在国内受到大家的一致认可。
March HU还为大家列举了部分特色产品，包括CT1721R、CT1721R、应用于智能穿戴的CT7117和CHT8555、CTS7510、CT7428、特色产品CT7035L等等。
March HU还介绍了申矽凌未来在汽车领域的芯片布局。他表示，汽车是一个比较热门的赛道，申矽凌会将一些符合工规质量较好的、大规模使用的产品做车规的认证，目前已经有客户在采购并使用申矽凌车规级温度传感器芯片。但我们没有对此做额外宣传，因为我们首先要做的是把质量做好。
最后，March HU对本次演讲做了总结，他表示，“申矽凌在做温度传感器产品线时，把质量、稳定性、高性能放在第一位并体现在芯片中。除了温度传感器，申矽凌还有包括对性能要求更高的产品等更细分的品类。这些品类的产品更将体现申矽凌较强的设计优势。希望大家在用到温度传感器或者希望了解温度传感器品类的时候，第一时间想到申矽凌这家国产厂商，希望大家知道我们在用心地去把温度传感器品类做得非常健全与强大，这是我们想传递给大家的。”
（校对/孙乐）
