SLKOR SL-S-TRS-5.5Dx Dijital Kızılötesi Termopil Çip Çözümü

Shenzhen'in temel teknik personeli SLKOR Micro Semicon Co., Ltd. Güney Kore'deki Tsinghua Üniversitesi ve Yonsei Üniversitesi'ndendir. Şirketin gelişimine yeni malzemeler, yeni süreçler ve yeni ürünlerle öncülük ederler ve uluslararası alanda lider üçüncü nesil yarı iletken silisyum karbür güç cihazı teknolojisinde nispeten erken ustalaşmışlardır.

SLKOR elektronik bileşenlerin tasarımını, geliştirilmesini, üretimini ve satışını entegre eden yüksek teknolojili bir kuruluştur. Müşterilere güvenilir ürünler ve destekleyici teknik hizmetler sağlar. "SLKOR" markası giderek uluslararası alanda tanınan bir marka haline gelmiş olup, dünya çapında 10,000'den fazla ortağıyla birlikte büyümektedir.

Müşterilere tam kapsamlı ürün ve ilgili çözümler sunma çabasıyla, SLKOR Dijital kızılötesi termopil temassız sıcaklık ölçümü uygulama tasarımı demo kartları için bir dizi kullanım eğitimi yayınladı.

1.1 İsim: SLKOR Dijital Kızılötesi Termokupl Temassız Sıcaklık Ölçüm Uygulaması.

1.2 Uygulamaları: Akıllı giyilebilir cihazlar, akıllı telefonlar, endüstriyel sıcaklık izleme, temassız yüzey insan vücudu sıcaklık ölçümü, akıllı sıcaklık algılama ve kontrolü ve kısa menzilli sıcaklık ölçümü için diğer küçük boyutlu cihazlar.

1.3 Çip Fonksiyonu:

MKS SLKOR SL-S-TRS-5.5Dx, temassız sıcaklık ölçümü uygulamaları için yüzeye monte dijital kızılötesi termopil çipidir. Çip, bir NTC, bir kızılötesi termopil, bir sinyal koşullandırma devresi ve yüksek çözünürlüklü bir ADC'den oluşur. Kullanıcılar, diğer çevre birimleri olmadan verileri okumak için I2C veri yolu aracılığıyla sensörle doğrudan iletişim kurabilir. NTC ve termopil ile ilgili örnekleme verileri ADC'den elde edilir ve ardından MCU ham verileri kullanıcının ihtiyaç duyduğu sıcaklık değerine dönüştürür. -40°C ila 130°C arasındaki bir sıcaklık ortamında uygulanabilir ve ölçüm sıcaklığı aralığı daha geniştir, -40°C ila 530°C arasındadır.

2. Tipik Uygulama Devre Şeması

2.1 Devre Prensibi:

Pinlerin pimleri SLKOR SL-S-TRS-5.5Dx çipi güç kaynağı, I2C veri yolu ve bir adres ayarı içerir. Besleme voltajının izin verilen aralığı 2.5 - 5V'tur. I2C'nin veri ve saat hatları yukarı çekilir. ADDR pimi, cihazın I2C adresinin en önemsiz bitidir. İki sensör kullanmaya gerek yoksa, doğrudan GND veya VCC'ye bağlanabilir. Sensörün kendisi çok düşük güç tüketimine sahiptir. Güç kaynağı ile toprak arasında 0.1uF kapasitör yeterlidir. Sensör güç kaynağı kısmından nispeten uzaksa, güç kaynağının kararlılığını sağlamak için ek bir 10uF kapasitör düşünülebilir.

2.2 SLKOR SL-W-TRS-5.5Dx çipi seri haberleşme için I2C haberleşme protokolünü sağlar. İletişim protokolünün seçimi CSB durumuna dayanır. I2C veri yolu sinyal hatları olarak SCL ve SDA kullanır. Her iki hat da çekme dirençleri aracılığıyla VDDIO'ya harici olarak bağlanır, böylece veri yolu boştayken yüksek seviyede kalırlar. SL-S-TRS-2D5.5'in I1C çip adresi aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. 7 bitlik aygıt adresinin en önemsiz biti (LSB), SDO pini tarafından belirlenir. SDO, VDDIO'ya bağlıysa, 7 bitlik I2C adresi "1101101" olur. SDO, GND'ye bağlıysa, 7 bitlik I2C adresi "1101100" olur (aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi). 

I2C Çip Adresi

I2C Veri Yolu Hattı Özellikleri

I2C Zamanlama Diyagramı

I2C İletişim Protokolü

2.3 SCL yüksek seviyedeyken SDA aynı anda düşen kenara sahip olduğunda, I2C veri iletişiminin başlangıcını işaretler. I2C ana cihazı, bağımlı cihazın adresini (7 bit) sırayla gönderir ve ardından yön kontrol biti R/W, okuma veya yazma işlemini seçmek için kullanılır. Bağımlı cihaz bu adresi tanıdığında, bir onay sinyali üretir ve dokuzuncu SCL (ACK) döngüsü sırasında SDA'yı düşük seviyeye çeker. SCL yüksek seviyedeyken ve SDA yükselen bir kenara sahip olduğunda, I2C veri iletişiminin sonu işaretlenir. SCL yüksek olduğunda, SDA üzerinden iletilen veriler sabit kalmalıdır. SDA üzerinden iletilen değer yalnızca SCL düşük olduğunda değiştirilebilir.

3.SMD - 6P, 4.7x3.8mm Paket ve Boyutlar

3.1 Pin Tanımı

Sıcaklık Ölçümünü Etkileyen Faktörler

4.1 Çip Tutarlılığının Etkisi

Aynı tip termopil sensörü için, kendi çıkış karakteristikleri sabittir. Burada, "karakteristikler" çipin voltaj çıkışının çevre ve nesnenin sıcaklığından nasıl etkilendiğine ilişkin tutarlı "eğilimi" ifade eder. Bireysel termopil sensörleri arasındaki farklar malzemelerde ve üretim süreçlerinde yatmaktadır. Aynı dış koşullar altında, sensörlerin mutlak çıkışları tamamen aynı değildir, ancak birbirleriyle sabit bir çoklu ilişkiye sahip oldukları düşünülebilir.

4.2 Görüş Alanının (FOV) Etkisi

Termopil sensörü çipin içinde yer aldığından, çip üzerinde bir pencere bırakılır ve bununla birlikte ışık ileten pencere olarak kızılötesi filtre kullanılır. Sensörün görüş alanı, çip kesitindeki termopil gövdesini ve ışık ileten pencerenin her iki tarafını birleştiren çizgilerin kesiştiği açıya yaklaşık olarak eşittir. Kızılötesi termopil sensörleri için, çipin görüş alanı içindeki, sensör gövdesinden sıcaklık farkı olan nesneler nihai çıktıyı etkileyecektir. Genellikle, kızılötesi termometrelerin uygulanmasında, sensör bir metal kılıf ile birlikte monte edilir ve kızılötesi ışığı sensöre yoğunlaştırmak için içeride mercekler veya ışık yoğunlaştırıcı kaplar kullanılır. Metal kılıfın işlevi, sensör için sabit bir ortam sıcaklığı sağlamak ve termometrenin belirli bir görüş alanına sahip olması için optik tasarımla işbirliği yapmaktır. Yeterli alana sahip giyilemeyen cihazlar için, tasarım süreci sırasında sensörün alt ve yanlarını topraklamak ve sensörün ısı kapasitesini artırmak, görüş alanını azaltmak ve sıcaklık ölçüm mesafesini uzatmak için metal bir ışık kabı eklemek önerilir. Alan kısıtlaması olan giyilebilir bir cihaz ise, sensör belirli ürün formuna göre dış kasadan 2 - 3 mm uzağa yerleştirilebilir. Görüş alanı karşılandığında, açıklık bir havza şeklinde tasarlanabilir. Sıradan görünür ışık merceklerinin genellikle uzak kızılötesi ışığı iletmediğine dikkat edilmelidir. Sensörün kendisi mühürlenmiştir. Genel olarak mühürlenmiş bir tasarım gerekiyorsa, köpükle veya kızılötesi ileten silikon filtreler kullanılarak (sensördekilerle aynı malzemeden yapılmış mercekler ve kare olanların tedarik maliyeti daha düşüktür) mühürlenebilir. Sıcaklık ölçüm yapısının görüş alanının değiştirilmesi gerekiyorsa ve yapıda metal kovanlara izin verilmiyorsa, görüş alanı içindeki ölçülmeyen nesnelerin sıcaklıkları dikkate alınmalıdır. Bazı durumlarda kompanzasyon yoluyla istenilen sıcaklık ölçüm sonuçlarına ulaşılabilmektedir.

4.3 Sıcaklık Ölçüm Mesafesinin Etkisi

Kızılötesi radyasyonun yoğunluğu nesneden uzaklıkla ters orantılı olduğundan, ölçüm doğruluğu için genellikle alın termometrelerinin uygulamaları belirli bir mesafede (3 - 5 cm) ölçüm gerektirir. Özellikle kızılötesi sensörler yakın mesafe vücut sıcaklığı ölçümü için kullanıldığında, ciltten uzaklık çok yakın olduğundan, mesafe faktörü sensör çıkışı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, genellikle özel kalibrasyon ve test gereklidir.

4.4 Sıcaklık Stabilitesinin Etkisi

Genel sıcaklık ölçümü ve sensörün çıkış voltajının ölçümü adımlar halinde tamamlandığından, her dönüşüm uzun zaman alır ve sensörün belirli bir tepki süresi vardır. Bu nedenle, ölçüm işlemi sırasında ortam sıcaklığı sabit değilse, elde edilen sıcaklık ve çıkış voltajı senkronize olmaz ve bu da ölçüm sonucu ile gerçek sıcaklık değeri arasında farklılıklara yol açar. Bu nedenle, sensör gövde sıcaklığının kararlılığı da özellikle önemlidir. Yapı izin veriyorsa, termal kararlılığı artırmak için sensörün üzerinde veya çevresinde metal bileşenler kullanmak en iyisidir.

5. Tasarım Önlemleri

Uygulama tasarımında, anlaşılması gereken temel noktalar ölçüm nesnesinin malzemesi (sıvı, katı veya insan vücudu), ölçüm mesafesi ve ölçüm sıcaklık aralığıdır. Ölçüm doğruluğunu artırmak için algoritma optimizasyonu ve geliştirmesi uygulama ortamına göre yapılmalıdır. Orijinal çip algoritması, sensörün yalnızca termal denge ve izotermal koşullar altında bu doğruluğa sahip olmasını garanti eder (sensör paketinde sıcaklık farkı yoktur). Sensör paketinde bir sıcaklık farkı varsa, ölçülen doğruluk etkilenecektir. Sensör paketinde sıcaklık farklılıklarına neden olabilecek durumlar arasında, örneğin sensörün alt veya yan tarafında daha sıcak (veya daha soğuk) bileşenler olması veya sensörün ölçülen nesneye çok yakın olması ve ölçülen nesnenin sensörü yerel olarak ısıtması yer alır.