基于汽车SENT接口且带冷结补偿的热电偶温度传感器

Bit 7至Bit 4）

数据半字节5（计数器的Bit 3至Bit 0）

数据半字节6（与半字节1相反）

图2为数据包示例。

图2. 在P0.4引脚处测得的示例SENT数据包

该电路必须构建在具有较大面积接地层的多层印刷电路板（PCB）上。为实现最佳性能，必须采用适当的布局、接地和去耦技术。

代码说明

定时器1用于控制SENT输出引脚P0.4。根据热电偶的ADC结果和冷结温度计算出温度结果后，SENT数据包结构SENT_PACKET将更新，并且定时器1会启动。该结构的域会在P0.4引脚上逐个输出，如图2所示。数据包的第一级是同步序列。主机根据此脉冲确定时钟周期，并据此确定后续半字节值。

要获得温度读数，应测量热电偶和RTD的温度。RTD温度通过一个查找表转换为其等效热电偶电压。将这两个电压相加，便可得到热电偶电压的绝对值。

首先，测量热电偶两条线之间的电压（V1）。然后，测量RTD电压并通过查找表将其转换为温度。接着，将此温度转换为其等效热电偶电压（V2）。然后，将V1和V2相加，以得出整体热电偶电压，接着将此值转换为最终的温度测量结果。

最后，采用分段线性方案来计算最终的温度值。固定数量的电压各自对应的温度存储在一个数组中，其间的值则利用相邻点的线性插值法计算。图3给出了使用理想热电偶电压时的算法误差。图4显示了使用ADuC7060/ADuC7061上的ADC0引脚测量整个热电偶工作范围内的52个热电偶电压时获得的误差。最差情况的总误差小于1°C。

图3. 通过分段线性逼近法利用52个校准点和理想测量值计算时的误差

图4. 通过分段线性逼近法利用在ADuC7060/ADuC7061的ADC0引脚处测量的52个校准点计算时的误差

RTD温度是运用查找表计算出来的，并且对RTD的运用方式与对热电偶一样。注意，描述RTD温度与电阻关系的多项式与描述热电偶的多项式不同。

设计支持包中的源代码是利用KEILμVision V3.90生成的。

常见变化

可不使用外部RTD而改用 ADT7311 温度传感器来测量冷结温度。

需要一个额外的外部稳压器来为ADT7311供电。该电路中到了ADP7102，但也可使用ADP120。

如果微控制器上需要更多GPIO引脚，则可选择采用48引脚LFCSP或48引脚LQFP封装的ADuC7060。请注意，ADuC7060/ADuC7061可通过标准JTAG接口进行编程或调试。

使用外部基准电阻作为RTD测量的基准源时，建议以单位增益模式使用运算放大器来对VREF+引脚的输入进行缓冲。这是为了确保进入VREF+引脚的输入泄漏电流不会有损于测量精度。图9中的OP193就是针对此目的。图1显示了额定工作温度范围为?40°C至+150°C的AD8628。

对于更宽的温度范围，可以使用不同的热电偶，例如J型热电偶。为使冷结补偿误差最小，可以让一个热敏电阻与实际的冷结接触，而不是将其放在PCB上。

针对冷结温度测量，可以用一个外部数字温度传感器来代替RTD和外部基准电阻。例如，ADT7311可以通过I2C接口连接到ADuC7060/ADuC7061。

电路评估与测试

SENT接口测试

评估SENT接口输出时，利用数字示波器和逻辑分析仪。测试时间仅为1个SENT时钟周期（100μs），这是SENT标准允许的最大值。这项实施方案的限制因素包括以下几点：

定时器FIQ中断延迟的变化。ARM7的中断延迟最高可达45个CPU时钟。CPU时钟频率为10.24 MHz时，此延迟最高可达4.4μs。最小值为5个CPU时钟（0.5μs）。当ARM7内核正在执行LDMIA或STMIA（从存储器加载或向其中存储多个值）时，延迟状况最差。选择“Split Load and StoreMultiple（独立加载和存储多项）”编译器选项即可最大限度地避免此问题，具体方法见图5。

ADuC7060/ ADuC7061 上的10.24 MHz振荡器在最差情况下的精度为±3%，工作温度范围为?40°C至+125°C。

图5. 选择“Split Load and Store Multiple（独立加载和存储多项_”选项

尽管存在这些限制，但选择1个SENT时钟周期（100μs）时，这种实施方案仍完全符合SENT规范的±20%时序精度要求。

图1中的SENT输出上考虑到了EMC滤波器。为此滤波器选择值（R1、C1、C2），以满足目标发射器输出波形，如图6所示，从而降低因SENT输出而造成的EMC辐射。

这里只对此滤波器做了有限测试；因此，忽略了该输出滤波器的电阻和电容值，如图1所示（R1、C1和C2）。

图6. SENT整形波形发射器输出示例

为了进一步测试和评估该电路，这里单独评估了热电偶测量和RTD测量。

热电偶测量测试

基本测试设置如图7所示。使用了两种方法来评估该电路的性能。首先使用连接到电路板的热电偶来测量冰桶的温度，然后测量沸水的温度。

图7. 用于在整个热电偶输出电压范围内校准和测试电路的设置

使用Wavetek 4808多功能校准仪来充分评估误差，如图3和图4所示。这