MAX31855热电偶芯片的中文翻译.docx

MAX3855冷端补偿热电偶至数字输出转换器概述MAX31855具有冷端补偿，将K、J、N、T或E型热电偶信号转换成数字量(如果使用S和R型热电偶，请联系工厂)。器件输出14位带符号数据，通过SPI TM 兼容接口、以只读格式输出。转换器的温度分辨率为0.25，最高温度读数为+1800，最低温度读数为-270，对于K型热电偶，温度范围为-200至+700，保持2精度。对于整个量程范围的精度及其它类型的热电偶，请参考 ThermalCharacteristics 规格。应用工业 电器设备 HVAC 汽车特性S 冷端补偿S 14位、0.25分辨率S 提供K、J、N、T和E型热电偶器件版本(如果使用S和R型热电偶，请联系工厂) (见表1)S 简单的SPI兼容接口(只读)S 检测热电偶对GND或V CC 短路S 检测热电偶开路典型应用电路SPI是Motorola，Inc.的商标。对于价格，供货及订购信息，请联络Maxim在1-888-629-4642，或访问Maxim的网站。绝对最大额定值范围电源电压范围（VCC和GND）.-0.3V to +4.0V所有其他引脚.-0.3V到（V CC+ 0.3V）连续功率耗散（T A =+70）SO（减免5.9mW/ 以上+70）.470.6mWESD保护（所有引脚，人体模型）.2000kV工作温度范围.-40至+125C连接点温度. .+150C存储温度范围.-65至+150清除温度（焊接，10秒）.+300焊接温度（回流）.+260强调超出“绝对最大额定值”，即可能对器件造成永久性损坏。这些压力额定值只是说明这些设备的正常功能操作，而超出了这些规范的情况，业务部门没有说明。长期工作在绝对最大额定值条件下可能会影响器件的可靠性。封装的散热特性（注1）SO结点至环境热阻（B JA）.170/ W结点到外壳热阻（B JC）.40/ W注1：使用在JEDEC规范JESD51-7记载的方法，采用了四层板获得封装的热阻。有关热封装注意事项的详细信息，请参阅/thermal-tutorialV。推荐工作条件（T A =-40C至+125C，除非另有说明。）参数符号条件最小 典型 最大单位电源电压V CC（注2）3.0 3.3 3.6 V输入逻辑0V IL-0.3 +0.8 V输入逻辑1V IH2.1 V CC+0.3V直流电流特性（3.0V P V CC P3.6V，T A =-40C至+125C，除非另有说明。）参数符号条件最小 典型 最大单位电源电流I CC900 1500uA热电偶输入偏置电流TA=-40至+125，100mV的跨越热电偶输入-100 +100 nA上电复位电压阈Vpor（注3）2 2.5 V电源抑制 -0.3/V上电复位电压迟滞 0.2V输出高电压V OHI OUT = -1.6mAV CC -0.4V输出低电压V OL I OUT = 1.6mA 0.4V热特性（3.0V P V CC P3.6V，T A =-40C至+125C，除非另有说明。）（注4）参数符号条件最小 典型 最大单位MAX31855K热电偶温度增益和偏移误差（41.276uV/标称灵敏度）（注4）T =-200至+700，Ta =-20至+85C（注3）-2 +2T =+700至+1350，Ta =-20至+85C（注3）-4 +4T =-200至+1350，Ta =-40至+125C（注3）-6 +6MAX31855J热电偶温度增益和偏移误差（57.953uV/标称灵敏度）（注4）T =-40至+750，Ta =-20至+85C（注3）-2 +2T =-40至+750，Ta =-20至+125C（注3）-4 +4MAX31855N热电偶温度增益和偏移误差（36.256uV/标称灵敏度）（注4）T =-200至+700，Ta =-20至+85C（注3）-2 +2T =-+700至+1300，Ta =-20至+85C（注3）-4 +4T =-200至+1300，Ta =-40至+125C（注3）-6 +6MAX31855T热电偶温度增益和偏移误差（52.18uV/标称灵敏度）（注4）T =-250至+400，Ta =-20至+85C（注3）-2 +2T =-250至+400，Ta =-40至+125C（注3）-4 +4MAX31855E热电偶温度增益和偏移误差（76.373uV/标称灵敏度）（注4）T =-40至+700，Ta =-20至+85C（注3）-2 +2T =+700至+900，Ta =-20至+85C（注3）-3 +3T =-200至+900，Ta =-40至+125C（注3）-5 +5热电偶温度数据解析 0.25内部冷端温度误差Ta =-20至+85C（注3）-2 +2Ta =-40至+125C（注3）-3 +3冷端温度数据解析Ta =-40至+125C 0.0625温度转换时间（热电偶，冷端，故障检测）t CONV（注5） 70 100ms热电偶转换上电时间tCONV_PU（注5）200ms串行接口时序特性（见图1和图2）参数符号条件最小 典型 最大单位输入漏电流I LEAK (注 7) -1 +1A输入电容C IN8PF串行时钟频率f SCL5 MHzSCK脉冲宽度高t CH100nsSCK脉冲宽度低t CL100nsSCK上升和下降时间 200nsCS下降到SCK上升t CSS100nsSCK到CS保持100nsCS下降到输出使能t DV 100nsCS上升到输出禁止t TR 40nsSCK下降到输出数据有效t DO 40nsCS非活动时间(注 3)200ns注2：所有电压参考GND。进入集成电路电流指定正，并退出该IC的电流是负的。注3：由设计保证;未经生产测试。注4：不包括冷端温度误差或热电偶非线性。注5：规格为100，在T A =+25测试。在温度（T A= T MIN到T MAX）规格限制是通过设计和特性保证;未经生产测试。注6：由于热电偶温度转换开始在V POR，取决于V CC摆率，第一热电偶温度转换可能不会产生一个准确的结果。因此，在V CC高于或CC MIN更大，以保证有效的热电偶温度转换结果需要的T CONV_PU规范。注7：对于除T +和T-所有引脚（见DC电气特性表中的热电偶输入偏置电流参数）。串行接口图图1.串行接口协议图2.串行接口时序 典型工作特性（VCC=+ 3.3V，T O =+25，除非另有说明。）引脚配置关键特性包含评估K型热电偶所需的所有电路评估板硬件由USB供电(包括USB电缆)、Windows XP®、Windows Vista®以及Windows® 7操作系统兼容软件USB HID接口图形用户界面(GUI)仅包括一个.EXE文件，第二个通道可方便用于评估其它类型热电偶，符合RoHS标准。引脚说明引脚名称功能1GND地2T-热电偶输入，请勿连接至GND3T+热电偶输入4VCC电源电压5SCK串行时钟输入6CS低电平有效片选。CS置为低电平时，使能串口7SO串行数据输出8D不连接MAX31855为热电偶至数字输出转换器，内置14位模/数转换器(ADC)。器件带有冷端补偿检测和修正、数字控制器、SPI兼容接口，以及相关的控制逻辑，在温度控制器、过程控制或监测系统中设计用于配合外部微控制器(C)工作。提供多个版本的器件，每个版本针对特定的热电偶类型(K、J、N、T或E型)。MAX31855评估板提供必要的硬件和软件(GUI)，用于评估MAX31855冷端补偿热电偶至数字输出转换器。MAX31855评估板PCB已安装MAX31855KASA+，该器件为K型热电偶版本的MAX31855。购买所需要的热电偶、热电偶插座以及相应的MAX31855，也可利用该评估板评估其它类型的热电偶。根据您所需要的热电偶类型，可联系工厂申请相应的MAX31855免费样品。关于其它类型热电偶的更多信息以及器件型号列表，请参考完整数据资料的评估其它类型热电偶部分。框图详细说明 MAX31855为热电偶至数字输出转换器，内置14位模/数转换器(ADC)。器件带有冷端补偿检测修正、数字控制器、SPI兼容接口，以及相关的控制逻辑，在温度控制器、过程控制或监测系统中设计用于配合外部微控制器(C)工作。提供多个版本的器件，每个版本针对特定的热电偶类型(K、J、N、T或E型，如果使用S和R型，请联系工厂)进行优化和调整。热电偶类型以器件型号后缀表示(例如MAX31855K)，型号选择请参见定购信息 表。温度转换 器件包括信号调理硬件电路，将热电偶信号调整到与ADC输入通道相匹配的电压。T+和T-输入连接到内部电路，可减小热电偶引线引入的噪声误差。 将热电偶电压转换为等效的温度值之前，需要补偿热电偶冷端(器件环境温度)与0实际参考值的差异。对于K型热电偶，电压按照大约41V/的规律变化，按以下线性方程式逼近热电偶特性：式中，VOUT为热电偶输出电压(V)，TR为远端热电偶结温( )，TAMB为器件温度( )。其它类型的热电偶采用类似的直线逼近，但增益不同。注意，MAX31855假定温度和电压之间为线性关系。由于所有热电偶都呈现一定的非线性，应对器件输出数据进行适当修正。冷端补偿 热电偶的功能是检测热电偶引线两端的温度差。可以读取热电偶 “热”端在整个工作温度范围(表1)内的读数。参考端或 “冷”端(应与器件所在的电路板温度相同)的温度范围为-55至+125。冷端温度波动时，器件仍可准确检测另一端的温度差。器件通过冷端补偿对参考端的温度变化进行检测和修正。首先测量内部管芯温度，该温度应与参考端的温度相同；然后测量热电偶参考端的输出电压，并将其转换为补偿之前的热电偶温度值。将该值叠加到器件的管芯温度，计算得到热电偶的 “热端”温度。注意，“热端”温度也可能低于冷端(或参考端)温度。热电偶冷端与器件温度相同时，器件具有最佳性能。避免将发热设备或热源靠近MAX31855，否则会产生冷端误差。转换功能 在温度转换时间tCONV内，器件执行三项操作： 内部冷端温度转换、外部热电偶温度转换和热电偶故障检测。 对内部冷端补偿电路进行温度转换时，断开外部热电偶信号(开关S4)，连接到冷端补偿电路(开关S5)。T-保持与内部参考地的连接(开关S3闭合)，断开故障检测电路(开关S1和S2)。 对外部热电偶进行温度转换时，断开内部故障检测电路(方框图中的开关S1和S2)，断开冷端补偿电路(开关S5)。内部地参考端保持连接(开关S3)，闭合与ADC的连接通路(开关S4)。允许ADC处理T+和T-两端的检测电压。 故障检测期间，断开外部热电偶以及冷端补偿电路与ADC的连接(开关S4和S5)，断开T-端的内部参考地连接(开关S3)，接通内部故障检测电路(开关S1和S2)。故障检测电路测试T+和T-输入与VCC或GND的短路状况，以及热电偶开路故障。输出数据的D0、D1和D2位常规条件下为低电平。D2位为高电平表示热电偶短路至VCC，D1位为高电平表示热电偶短路至GND，D0位为高电平表示热电偶开路。如果存在任何一种故障，SO输出数据的D16位(正常条件下为低电平)也变为高电平，表示发生故障。串口典型应用电路所示为器件与微控制器的连接。本例中，器件处理来自热电偶的读数，并通过串口发送数据。驱动CS为低电平，并在SCK端施加时钟信号，从SO读取结果。器件始终在后台执行转换，只有CS为高电平时才能更新故障状态和温度数据。驱动CS为低电平时，SO引脚将输出第一位数据。通过串口读取完整的冷端补偿热电偶温度，需要14个时钟周期。读取热电偶和参考端温度需要32个时钟周期(表2和 表3)。在时钟下降沿读取输出位。第一位D31为热电偶温度符号位。D30:18位包含温 度转换数据，顺序为MSB至LSB。D16位正常状态下为低电平，热电偶输入开路或对GND或VCC短路时变为高电平。参考端温度数据从D15开始。输出转换数据时，CS任何时候均可变为高电平。图1和图2所示为串口时序和序列，表2和表3所示为SO输出位加权和功能。表2. 存储器映射位加权和功能14位热电偶温度数据RES故障位12位内部温度数据RESSCV位SCG位OC位位D31D30D18D17D16D15D14D4D3D2D1D0值标识10240.25保留的1 =故障标志640.0625保留的1 =短到VCC1 =短到GND1 =开路表3. 存储器映射说明位名称描述D31:1814位热电偶温度数据这些位包含已标识的14位热电偶温度值。见表4。D17RES此位总是读0。D16故障位该位为1的时候读取任何SCV，SC，或OC故障的活跃。默认值为0。D15:412位内部温度数据这些位包含参比端温度的标识12位值。见表5。D3RES此位总是读0。D2SCV故障他的位是1时，热电偶被短路至VCC。默认值为0。D1SCG故障他的位是1时,热电偶被短路至GND。默认值为0。D0OC故障他的位是1时，热电偶开路时。默认值为0。表4.热电偶温度数据格式温度（）数字输出（D 31:18）+1600.000110 0100 0000 00+1000.000011 1110 1000 00+100.750000 0110 0100 11+25.000000 0001 1001 000.000000 0000 0000 00-0.251111 1111 1111 11-1.001111 1111 1111 00-250.001111 0000 0110 00注意：实际温度范围随热电偶类型而变化。表5. 参考端温度数据格式温度（）数字输出（D 15:4）+127.0000 0111 1111 0000+100.5625 0110 0100 1001+25.0000 0001 1001 00000.0000 0000 0000 0000-0.0625 1111 1111 1111-1.0000 1111 1111 0000-20.0000 1110 1100 0000-55.0000 1100 1001 0000 MAX3855冷端补偿热电偶至数字输出转换器应用信息噪声 由于涉及到小信号处理，热电偶温度测量很容易受电源耦合噪声的影响。在靠近器件VCC引脚的位置安装0.1F陶瓷旁路电容，旁路至GND，将电源噪声的影响降至最低。输入放大器为低噪声放大器，该放大器可以对输入进行高精度检测。确保热电偶和连接线远离电气噪声源。热考虑有些应用中，自身发热会影响器件的温度测量精度。温度误差的数量级取决于器件封装的导热特性、安装工艺及气流影响。采用大面积地可改善器件的温度测量精度。也可通过以下预防措施改善热电偶系统的精度： 确保测量区域的热量不扩散的 情况下采用尽可能粗的导线。 如果必须使用细导线，仅在测 量区域使用，在没有温度梯度的区域使用延长线。 避免机械应力和振动，这会对导线造成应力。 热电偶引线较长时，使用双绞线对延长线。 避免陡峭的温度梯度。 尽量使用在其温度额定值以内的热电偶引线。 恶劣环境下采用适当的屏蔽材料，保护热电偶引线。 仅在低温及小梯度区域使用延长线。 保存事件记录，并连续记录热电偶的电阻。定购信息部分热电偶类型实测温度范围引脚封装MAX31855KASA+K-200 to +1350 8 SOMAX31855KASA+T K -200 to +13508 SOMAX31855JASA+ J -40 to +750 8 SOMAX31855JASA+T J -40 to +7508 SOMAX31855NASA+ N -200 to + 13008 SOMAX31855NASA+T N -200 to + 1300 8 SOMAX31855SASA+* S +50 to +16008 SO