作者：河北科技大学 沙占友 王晓君 孟志永 来源：《单片机与嵌入式系统应用》

摘要：介绍美国模拟器件公司生产的tmp03和tmp04型串行比率输出式数字温度传感器的性能特点、工作原理、校验方法及使用要点。tmp03/04采用∑-δ式a/d转换器，能滤除量化噪声并且达到高分辨力指标。 关键词：数字温度传感器 ∑-δ式a/d转换器 tmp03/04 tmp03和tmp04是美国模拟器件公司（ad）生产的串行比率输出式数字温度传感器，适配80c31、80c51型单片机（μc）或数字信号处理器（dsp）构成测温系统。二者主要区别是tmp03为集电极开路输出；而tmp04为互补型mos场效应管输出，其输出电平与cmos/ttl电路兼容。tmp03/04既可以检测温度，也可通过单片机实现温度控制功能，适用于远程温度检测、微机或电子设备的温度监视器及工业过程控制等领域。 1 tmp03/04性能特点 （1）tmp03/04带串行接口，其输出为经过调制的串行数据。解码后高、低电平持续时间的比率（t1/t2）与温度在比例关系。利用微处理器的定时/计数器接口，很容易计算出摄氏温度或华氏温度值。 (2)芯片内部有一个∑-δ数字调制器，内含输入采样器、模拟求和器、积分器、比较器和1位数/模转换器（dac）。∑-δ调制器配上数字滤波器后，即构成了∑-δ式a/d转换器。它具有分辨力高、线性度好、成本低、抑制混叠噪声和量化噪声的能力强等显著优点，特别适用于微传感器系统。 （3）属于三端器件，其外围电路非常简单，数据输出端（dout）能直接连到单片机的输入口。若经过光耦合器隔离后，还适合检测远程温度。测温范围一般为-25～+100℃，测温精度为±1.5℃（典型值）。使用时不需要校准。 （4）低电压供电，微功能。电源电压范围是+4.5～+7v。采用+5v供电时，电源电流不超过1.3ma。最大功耗仅为6.5mw。 （5）tmp03和tmp04的数字输出的电路结构不同。tmp03的输出极采用一只集电极开路的npn型晶体管作为大电流驱动器，其输出电流可达5ma；tmp04的输出级则采用互补型mosfet电路，其输出电平与cmos/ttl电路兼容。 2 tmp03/04工作原理 tmp03/04有三种封装形式：to-92、so-8和ru-8，引脚排列如图1所示。其中，u+接电源的正极，gnd为公共地。dout为串行数据输出端。 tmo03/074的内部框图如图2所示。主要包括4大部分：（1）基准电压源和温度传感器。其中，基准电压源的输出电压接至1位的dac（图中未画），温度传感器输出的与热力学温度成正比的uptat电压，接到求和器的一个输入端。（2）∑-δ调制器，内含模式求和器（又称加法器）、积分器、比较器（亦称量化器）和i位数/模转换器（1bit dac）。（3）数字滤波器。（4）高速时钟振荡器。由模拟求和器、积分器、比较器和1位dac构成一个闭环系统，比较器还起到负反馈作用。它能根据输入温度信号的变化情况，来改变比较器输出信号的占空因数，通过负反馈电路使积分器输出电压uint为最低。上述电路也属于电荷平衡式转换器，经过多次快速比较之后，输出的数字量就与被测温度成比例关系。 2.1 ∑-δ式a/d转换器 近年来，随着超大规模集成电路（vlsi）技术的发展，采用vlsi工艺制成的高性能∑-δ式a/d转换器，不仅已成为数字通信、数字音响等领域的主流产品，还被用于新型数字温度传感器中。∑-δ式a/d转换器由∑-δ数字调制器和数字滤波器组成。∑-δ式a/d转换器以很高的采样速率和很低的采样分辨力（1位），将模拟信号转换成数字信号，再使用过采样、噪声整形和数字滤波等方法来提高有效分辨力。一阶∑-δ式a/d转换器中的模拟电路非常简单，只需1个积分器、1个模拟求和器、1个比较器。 ∑-δ式a/d转换器采用了“