Flexible Schnittstelle des ZSSC3241 ermöglicht Bridge als Temperatursensor

Eine genaue Messung mit Sensorelementen erfordert eine präzise und lokale Messung der Temperatur des Elements zur Korrektur und Kompensation über einen weiten Betriebsbereich. Daher besteht ein wesentlicher Bestandteil der SSC-Funktionalität (Sensor Signal Conditioner) darin, eine oder mehrere Methoden zur Messung der Temperatur des Sensorelements bereitzustellen, bei dem es sich typischerweise um eine Widerstandsbrücke oder einen kapazitiven Wandler handelt.

Oftmals kann das Sensorelement mehrere Zentimeter oder mehr vom SSC entfernt sein. In diesen Fällen kann ein SSC nicht vorhersehbar zur Temperaturkompensation verwendet werden und es wird ein externes Thermometer benötigt, das zusammen mit dem Brückensensor platziert werden kann.

Bei Widerstandsbrücken besteht die ultimative Möglichkeit zur genauen Messung der Sensortemperatur ohne zusätzliche Kosten oder Platzbedarf darin, den Temperaturkoeffizienten der Brücke selbst zu verwenden. Dies erfordert jedoch eine weitere Komplexität der Vorspannungsschaltung für die Sensorbrücke sowie ausgefeiltere Kalibrierungsalgorithmen im SSC, um den Temperaturkoeffizienten der Brücke zu linearisieren (der Schwankungen bis zur dritten Ordnung aufweisen kann).

Beim ZSSC3241 ist die Möglichkeit, den Temperaturkoeffizienten der Brücke für eine genaue Sensortemperaturmessung zu nutzen, vollständig integriert und unterstützt.

Der SSC kann die Temperaturmessung mit einem internen PTAT, externen Dioden oder Thermistoren und der Verwendung der Hauptmessbrücke selbst als Thermometer unterstützen. Die verschiedenen Optionen sind mithilfe des internen nichtflüchtigen Speichers (NVM) vollständig programmierbar und konfigurierbar, um je nach Systemanforderungen eine optimale Leistung zu erzielen.

Das grundlegende Blockdiagramm für den ZSSC3241 zeigt die konfigurierbare Sensorschnittstelle mit Vorspannungs- und Verstärkungsfunktionen im analogen Frontend. Es gibt auch einen internen Temperatursensor an Bord. Der ADC wandelt die Sensor- und Temperaturmesswerte in den digitalen Bereich um, wo alle Linearisierungs-, Korrektur- und Temperaturkompensationsfunktionen ausgeführt werden. Die endgültigen kalibrierten und skalierten Ausgänge sind entweder als analoge oder verschiedene digitale Darstellungen verfügbar.

Ein genauer Blick in das analoge Frontend zeigt, dass es insbesondere vier Blöcke gibt, die es dem ZSSC3241 ermöglichen, Temperaturmessungen neu zu konfigurieren: einen Sensorversorgungs-Multiplexer zum Umschalten zwischen Strom- und Spannungsvorspannungsmodus, eine Sensorvorspannungsstromquelle, einen internen Temperatursensor und einen Eingangsmultiplexer, der zwischen den Messgrößen auswählt. Diese Blöcke werden durch Bits im NVM mit den Bezeichnungen sensor_sup, Tbiasout und Gain_polarity gesteuert.

Mit diesen Blöcken und den Konfigurationsoptionen bietet der ZSSC3241 7 verschiedene Temperaturmessmodi, wie in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Es gibt zwei primäre Vorspannungsmodi für die Verwendung der Sensorbrücke als Thermometer: Strom oder Spannung. Für jeden dieser Typen ist ein Reihenwiderstand Rt erforderlich, um die Gleichtaktspannung der Brücke in den richtigen Bereich für den internen Programmable Gain Amplifier (PGA) einzustellen. Der ZSSC3241 bietet in vielen Fällen die Möglichkeit, diesen Serienwiderstand vollständig zu integrieren. In Fällen, in denen strenge Genauigkeitsanforderungen gelten, kann jedoch ein gewisser externer Widerstand erforderlich sein.

Mit seiner breiten Palette an Front-End-Konfigurationen ermöglicht der ZSSC3241 Entwicklern, sowohl die Hauptsensorschnittstelle als auch die Art und Position der für die Temperaturkompensation verwendeten Sensoren zu optimieren und so die bestmögliche Genauigkeit mit weniger Komponenten und weniger Kosten zu erreichen.

Um vollständige Details zur Konfiguration der Blöcke für jeden der in Tabelle 1 aufgeführten Fälle zu sehen, laden Sie bitte das White Paper „Flexible Temperaturmessung mit dem ZSSC3241 Enables Bridge as Temperature Sensor“ herunter.

Weitere Informationen zu diesen Konfigurationen, einschließlich des Bereichs der Ströme, Spannungen und Rt/Rt'-Werte, sowie die entsprechenden NVM-Einstellungen sind im Datenblatt des ZSSC3241 verfügbar.

Renesas stellt außerdem zusätzliche Ressourcen für die Entwicklung und Charakterisierung von Designs mit dem ZSSC3241 bereit. Dazu gehört ein vollständiges Evaluierungskit mit Gerätemustern, Anwendungshinweisen und engagiertem Support-Personal.

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