用MTS102作传感器的温度检测电路设计

    摘要：MTS102是Motorola公司生产的二极管温度传感器，文中阐述了以MTS102二极管为传感器的温度检测电路的原理和设计方法，并给出了几个利用MTS102进行温度测量的应用电路的设计实例。

    关键词：传感器  温度检测  激励  仪器放大器  MTS102

1 检测原理

    二极管作为温度传感器常常用在温度变化范围大、精度要求适中的温度检测电路中。它的温度系统线性度相当高，数值大约是-2mV/℃。用二极管作为传感器构成温度检测系统需要激励电路、补偿电路和放大电路。其电路如图1所示。

1.1 二极管

    差不多任何硅二极管都可用作温度传感器，但Motorola公司的MTS102硅温度传感是经过特殊设计，并为满足传感器的要求进行了优化处理的二极管。可广泛用于汽车和工业产品的温度检测系统。因为这些场合强调低成本和高精度。当温度从-40～+150℃变化时，用TO-92标准封装的这种传感器的温度准确度可达到±2℃。

1.2 激励

    二极管最好的激励源是电流源。在要求不高的场合，也可以用电阻偏置电路。但是，电阻偏置存在的缺陷是电源的变化以及波纹会引起显示的误差。如果用低电压电流（如5V）单端供电，这个问题就更加突出。由于MTS102的工作电流为100μA，因此选用Burr-Brown公司的REF200双100μA电流源非常适合。其中，一个电流源用于激励，另一个电流源用于补偿。

1.3 放大

    在绝大多数场合，任何精密的运算放大器都能用来处理二极管所采集的温度传感信号，速度通常不成问题。当系统供电源为±15V时，可采用低成本、高精度的OPA177；当系统供电采用+5V单电源时，可采用OPA1013双运算放大器。它们的输入端相对电源负端为共模输入状态（在单电源供电下指地），输出端摆动电压杆对于电源负端在15mV以内。

2 电路设计

2.1 简单测温电路

    图1即是一个简单的测温电路，图中，采用Motorola的MTS102二极管作温度传感器，激励和放大电路用Burr-Brown公司的REF200电流源及OPA1013双运放来实现。REF200的一组100μA的电流源加上R1上，用于电路补偿。二极管传感器MTS102的测温信号加在运放OPA1013的正输入端，补偿信号加在运放OPA1013的负输入端，放大器输出Vo对应于相应的温度数值。由于调整增益和调整补偿都是通过调整R2或R1实现，这将造成二才蝗相互影响，这是这种简单电路存在的缺陷。该电路存在的另一缺陷是温度-电压转换是反相的，换句话说，温度的正向变化导致输出电压负向变化。

2.2 改进电路的设计

    要想克服简单电路的两个缺陷，使得增益调整和补偿调整相互独立，温度电压转换也是同相的，可采用图2所示的具有独立调节功能的测温电路。

    从图2可以看出，二极管传感器MTS102通过射极跟随器与放大器负输入端相连；调零网络与放大器正输入端相连。在传感器和后级放大器之间加一级缓冲器是为了减轻传感器的负载压力。调整时，应该先调整R1或R2，校好增益，再调整RZERO，使系统调零，其调整次序不可颠倒。

2.3 温差检测电路设计

    当需要检测两点的温差时，可采用图3所示的电路。在这个电路中，两个温度传感二极管之间的误差电压经过由双运放组成的仪器放大器放大，并由A2输出端输出。这个仪器放大器由一对OPA1013及R1、R2、R3、R4和RSPAN组成。RAPAN用于设置仪器放大器的增闪。要获得较高的共模抑制比，R1、R2、R3和R4必须匹配。如果使用1%的电阻，在增益大于50时，CMR会超过70dB。在这个电路中，增益调节与调零可不分先后。