SLKOR โซลูชันชิปเทอร์โมไพล์อินฟราเรดแบบดิจิทัล SL-S-TRS-5.5Dx

บุคลากรทางเทคนิคหลักของเซินเจิ้น SLKOR บริษัท Micro Semicon Co., Ltd. เป็นบริษัทจากมหาวิทยาลัย Tsinghua และมหาวิทยาลัย Yonsei ในประเทศเกาหลีใต้ พวกเขาเป็นผู้นำในการพัฒนาบริษัทด้วยวัสดุใหม่ กระบวนการใหม่ และผลิตภัณฑ์ใหม่ และมีความเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าซิลิกอนคาร์ไบด์เซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามซึ่งเป็นผู้นำระดับนานาชาติตั้งแต่เนิ่นๆ

SLKOR เป็นองค์กรด้านเทคโนโลยีขั้นสูงที่รวมการออกแบบ การพัฒนา การผลิต และการจำหน่ายส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เข้าด้วยกัน โดยจัดหาผลิตภัณฑ์ที่เชื่อถือได้และบริการทางเทคนิคที่สนับสนุนให้กับลูกค้าSLKOR" แบรนด์ดังกล่าวได้รับการพัฒนาจนกลายเป็นแบรนด์ที่มีชื่อเสียงในระดับสากลและเติบโตไปพร้อมกับพันธมิตรมากกว่า 10,000 รายทั่วโลก

ในการพยายามที่จะมอบผลิตภัณฑ์และโซลูชั่นที่ครบครันให้กับลูกค้า SLKOR ได้เปิดตัวชุดบทช่วยสอนการใช้งานสำหรับการออกแบบบอร์ดสาธิตการใช้งานการวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสเทอร์โมไพล์อินฟราเรดดิจิทัลแล้ว

1.1 ชื่อ: SLKOR การใช้งานการวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสด้วยเทอร์โมไพล์อินฟราเรดแบบดิจิทัล

1.2 การใช้งาน:อุปกรณ์สวมใส่อัจฉริยะ สมาร์ทโฟน การตรวจติดตามอุณหภูมิในอุตสาหกรรม การวัดอุณหภูมิร่างกายมนุษย์แบบไม่สัมผัส การตรวจจับและควบคุมอุณหภูมิอัจฉริยะ และอุปกรณ์ขนาดเล็กอื่นๆ สำหรับการวัดอุณหภูมิระยะสั้น

1.3 ฟังก์ชั่นชิป:

การขอ SLKOR SL-S-TRS-5.5Dx คือชิปเทอร์โมไพล์อินฟราเรดแบบติดพื้นผิวสำหรับการใช้งานวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส ชิปนี้ประกอบด้วย NTC เทอร์โมไพล์อินฟราเรด วงจรปรับสภาพสัญญาณ และ ADC ความละเอียดสูง ผู้ใช้สามารถสื่อสารกับเซ็นเซอร์โดยตรงผ่านบัส I2C เพื่ออ่านข้อมูลโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ต่อพ่วงอื่นๆ ข้อมูลการสุ่มตัวอย่างที่สอดคล้องกับ NTC และเทอร์โมไพล์จะได้รับจาก ADC จากนั้น MCU จะแปลงข้อมูลดิบเป็นค่าอุณหภูมิที่ผู้ใช้ต้องการ ชิปนี้สามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิตั้งแต่ -40°C ถึง 130°C และช่วงอุณหภูมิในการวัดจะกว้างขึ้นระหว่าง -40°C ถึง 530°C

2. แผนผังวงจรการใช้งานทั่วไป

2.1 หลักการวงจร:

หมุดของ SLKOR ชิป SL-S-TRS-5.5Dx ประกอบด้วยแหล่งจ่ายไฟ บัส I2C และการตั้งค่าที่อยู่หนึ่งรายการ ช่วงที่อนุญาตของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายคือ 2.5 - 5V เส้นข้อมูลและสัญญาณนาฬิกาของ I2C จะถูกดึงขึ้น พิน ADDR เป็นบิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุดของที่อยู่ I2C ของอุปกรณ์ หากไม่จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์สองตัว ก็สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับ GND หรือ VCC เซ็นเซอร์นั้นมีการใช้พลังงานต่ำมาก ตัวเก็บประจุ 0.1uF ระหว่างแหล่งจ่ายไฟและกราวด์ก็เพียงพอ หากเซ็นเซอร์อยู่ห่างจากส่วนแหล่งจ่ายไฟค่อนข้างมาก อาจพิจารณาใช้ตัวเก็บประจุ 10uF เพิ่มเติมเพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟมีความเสถียร

2.2 SLKOR ชิป SL-W-TRS-5.5Dx มอบโปรโตคอลการสื่อสาร I2C สำหรับการสื่อสารแบบอนุกรม การเลือกโปรโตคอลการสื่อสารนั้นขึ้นอยู่กับสถานะของ CSB บัส I2C ใช้ SCL และ SDA เป็นเส้นสัญญาณ ทั้งสองเส้นเชื่อมต่อภายนอกกับ VDDIO ผ่านตัวต้านทานแบบดึงขึ้นเพื่อให้คงอยู่ที่ระดับสูงเมื่อบัสไม่ได้ใช้งาน ที่อยู่ชิป I2C ของ SL-S-TRS-5.5D1 แสดงอยู่ในตารางต่อไปนี้ บิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุด (LSB) ของที่อยู่อุปกรณ์ 7 บิตจะถูกกำหนดโดยพิน SDO หาก SDO เชื่อมต่อกับ VDDIO ที่อยู่ I7C 2 บิตจะเป็น "1101101" หาก SDO เชื่อมต่อกับ GND ที่อยู่ I7C 2 บิตจะเป็น "1101100" (ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง) 

ที่อยู่ชิป I2C

ลักษณะของสายบัส I2C

ไดอะแกรมเวลา I2C

โปรโตคอลการสื่อสาร I2C

2.3 เมื่อ SCL อยู่ในระดับสูง และ SDA มีขอบตกพร้อมกัน นั่นถือเป็นจุดเริ่มต้นของการสื่อสารข้อมูล I2C อุปกรณ์หลัก I2C จะส่งที่อยู่ของอุปกรณ์สเลฟ (7 บิต) ตามลำดับ จากนั้นจะใช้บิตควบคุมทิศทาง R/W เพื่อเลือกการอ่านหรือการเขียน เมื่ออุปกรณ์สเลฟตรวจพบที่อยู่นี้ อุปกรณ์จะสร้างสัญญาณตอบรับและดึงค่า SDA ลงต่ำในรอบ SCL ครั้งที่เก้า (ACK) เมื่อ SCL อยู่ในระดับสูงและ SDA มีขอบขาขึ้น ถือเป็นการสิ้นสุดการสื่อสารข้อมูล I2C ข้อมูลที่ส่งผ่าน SDA จะต้องคงที่เมื่อ SCL สูง ค่าที่ส่งผ่าน SDA จะต้องเปลี่ยนแปลงได้เมื่อ SCL ต่ำเท่านั้น

3.SMD - 6P, 4.7x3.8 มม. ขนาดแพ็คเกจและ

3.1 นิยามพิน

ปัจจัยที่มีผลต่อการวัดอุณหภูมิ

4.1 อิทธิพลของความสม่ำเสมอของชิป

สำหรับเซนเซอร์เทอร์โมไพล์ประเภทเดียวกัน คุณลักษณะเอาต์พุตของเซนเซอร์จะคงที่ ในที่นี้ "คุณลักษณะ" หมายถึง "แนวโน้ม" ที่สอดคล้องกันในการที่เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าของชิปได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมและอุณหภูมิของวัตถุ ความแตกต่างระหว่างเซนเซอร์เทอร์โมไพล์แต่ละตัวอยู่ที่วัสดุและกระบวนการผลิต ภายใต้เงื่อนไขภายนอกเดียวกัน เอาต์พุตสัมบูรณ์ของเซนเซอร์จะไม่เหมือนกันโดยสิ้นเชิง แต่สามารถพิจารณาได้ว่ามีความสัมพันธ์แบบหลายค่าคงที่ระหว่างกัน

4.2 อิทธิพลของขอบเขตการมองเห็น (FOV)

เนื่องจากเซนเซอร์เทอร์โมไพล์อยู่ภายในชิป จึงจะมีหน้าต่างเหลืออยู่บนชิป และฟิลเตอร์อินฟราเรดจะถูกใช้เป็นหน้าต่างส่งผ่านแสงร่วมกับฟิลเตอร์ดังกล่าว มุมมองของเซนเซอร์จะเท่ากับมุมที่เกิดขึ้นจากจุดตัดของเส้นที่เชื่อมต่อตัวเทอร์โมไพล์บนหน้าตัดของชิปและทั้งสองด้านของหน้าต่างส่งผ่านแสง สำหรับเซนเซอร์เทอร์โมไพล์อินฟราเรด วัตถุภายในมุมมองของชิพที่มีความแตกต่างของอุณหภูมิจากตัวเซนเซอร์จะส่งผลต่อเอาต์พุตสุดท้าย โดยทั่วไป ในการใช้งานเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด เซนเซอร์จะติดตั้งร่วมกับปลอกโลหะ และใช้เลนส์หรือถ้วยรวมแสงภายในเพื่อรวมแสงอินฟราเรดไปที่เซนเซอร์ หน้าที่ของปลอกโลหะคือให้เซ็นเซอร์มีอุณหภูมิแวดล้อมที่เสถียร และทำงานร่วมกับการออกแบบออปติกเพื่อให้เทอร์โมมิเตอร์มีมุมมองที่กำหนด สำหรับอุปกรณ์ที่ไม่สามารถสวมใส่ได้ซึ่งมีพื้นที่เพียงพอ ขอแนะนำให้ต่อสายดินที่ด้านล่างและด้านข้างของเซ็นเซอร์ระหว่างขั้นตอนการออกแบบ และเพิ่มถ้วยแสงโลหะเพื่อเพิ่มความจุความร้อนของเซ็นเซอร์ ลดระยะการมองเห็น และขยายระยะการวัดอุณหภูมิ หากเป็นอุปกรณ์สวมใส่ที่มีพื้นที่จำกัด สามารถจัดวางเซ็นเซอร์ให้ห่างจากตัวเรือนด้านนอก 2-3 มม. ตามรูปแบบผลิตภัณฑ์เฉพาะ เมื่อระยะการมองเห็นเป็นที่พอใจแล้ว สามารถออกแบบช่องเปิดให้มีรูปร่างเหมือนแอ่งได้ ควรสังเกตว่าเลนส์แสงที่มองเห็นได้ทั่วไปโดยทั่วไปจะไม่ส่งแสงอินฟราเรดไกล เซ็นเซอร์นั้นถูกปิดผนึกไว้เอง หากจำเป็นต้องออกแบบให้ปิดผนึกโดยรวม สามารถปิดผนึกด้วยโฟมหรือใช้ฟิลเตอร์ซิลิโคนที่ส่งอินฟราเรดได้ (เลนส์ที่ทำจากวัสดุเดียวกันกับเลนส์บนเซ็นเซอร์ และเลนส์ทรงสี่เหลี่ยมจะมีต้นทุนการจัดหาที่ต่ำกว่า) หากจำเป็นต้องเปลี่ยนระยะการมองเห็นของโครงสร้างการวัดอุณหภูมิและไม่อนุญาตให้มีปลอกโลหะในโครงสร้าง จำเป็นต้องคำนึงถึงอุณหภูมิของวัตถุที่ไม่ได้วัดภายในระยะการมองเห็น ในบางกรณี สามารถรับผลการวัดอุณหภูมิที่ต้องการได้ผ่านการชดเชย

4.3 อิทธิพลของระยะการวัดอุณหภูมิ

เนื่องจากความเข้มของรังสีอินฟราเรดแปรผกผันกับระยะห่างจากวัตถุ ดังนั้นเพื่อความแม่นยำในการวัด โดยทั่วไปการใช้งานเทอร์โมมิเตอร์วัดหน้าผากจะต้องวัดภายในระยะห่างที่กำหนด (3 - 5 ซม.) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้เซนเซอร์อินฟราเรดเพื่อวัดอุณหภูมิร่างกายในระยะใกล้ เนื่องจากระยะห่างจากผิวหนังนั้นใกล้มาก ปัจจัยระยะห่างจึงส่งผลกระทบอย่างมากต่อเอาต์พุตของเซนเซอร์ ดังนั้นโดยปกติแล้วจะต้องมีการสอบเทียบและการทดสอบพิเศษ

4.4 อิทธิพลของเสถียรภาพอุณหภูมิ

เนื่องจากการวัดอุณหภูมิทั่วไปและการวัดแรงดันไฟขาออกของเซ็นเซอร์นั้นทำเสร็จเป็นขั้นตอน การแปลงแต่ละครั้งจึงใช้เวลานาน และเซ็นเซอร์ก็มีเวลาตอบสนองที่แน่นอน ดังนั้น หากอุณหภูมิแวดล้อมไม่เสถียรในระหว่างกระบวนการวัด อุณหภูมิที่ได้และแรงดันไฟขาออกจะไม่ซิงโครไนซ์กัน ซึ่งจะนำไปสู่ความแตกต่างระหว่างผลการวัดและค่าอุณหภูมิจริง ดังนั้นความเสถียรของอุณหภูมิตัวเซ็นเซอร์จึงมีความสำคัญเป็นพิเศษ หากโครงสร้างเอื้ออำนวย ควรใช้ส่วนประกอบโลหะบนหรือรอบๆ เซ็นเซอร์เพื่อเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อน

5. ข้อควรระวังในการออกแบบ

ในการออกแบบการใช้งาน จุดสำคัญที่ต้องทำความเข้าใจคือ วัสดุของวัตถุที่จะวัด (ของเหลว ของแข็ง หรือร่างกายมนุษย์) ระยะการวัด และช่วงอุณหภูมิการวัด ควรดำเนินการปรับปรุงและพัฒนาอัลกอริทึมตามสภาพแวดล้อมการใช้งานเพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการวัด อัลกอริทึมชิปดั้งเดิมจะรับประกันเฉพาะว่าเซ็นเซอร์จะมีความแม่นยำนี้ภายใต้เงื่อนไขสมดุลความร้อนและสภาวะอุณหภูมิคงที่ (ไม่มีความแตกต่างของอุณหภูมิบนแพ็คเกจเซ็นเซอร์) หากมีความแตกต่างของอุณหภูมิบนแพ็คเกจเซ็นเซอร์ ความแม่นยำที่วัดได้จะได้รับผลกระทบ สถานการณ์ที่อาจทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิบนแพ็คเกจเซ็นเซอร์ ได้แก่ ตัวอย่างเช่น มีส่วนประกอบที่ร้อนกว่า (หรือเย็นกว่า) ที่ด้านล่างหรือด้านข้างของเซ็นเซอร์ หรือเซ็นเซอร์อยู่ใกล้กับวัตถุที่วัดมาก และวัตถุที่วัดจะทำให้เซ็นเซอร์ร้อนขึ้นในบริเวณนั้น