即使在温度传感器并非主要传感器的应用中，它也常被用作辅助传感器，以补偿压力传感器、称重传感器或pH传感器等其他传感器的实际输出。目前，这些系统通常采用多芯片设计。这给系统设计人员带来了诸多挑战，例如如何找到最佳器件（这需要评估价格和性能）、如何从多家供应商采购以及如何将它们组合起来设计完整的系统。本文将重点介绍一种新型片上系统 (SoC) 的高效应用，该芯片能够简化设计并支持高性能、可扩展产品平台的开发。.
图 1 显示了使用热电偶进行温度传感的应用示例的传统实现，其中使用热敏电阻进行冷端测量，并采用 4 线风扇控制。.
传统的实现方式采用多个器件来偏置和测量传感器信号、处理测量信号并生成控制信号。这需要做出多项决策，并进行设计和评估，如图 2 所示的整体信号链框图所示。该框图提供了每个模块中器件的示例以及选择这些器件所涉及的决策。例如，温度测量可以使用热敏电阻、热电偶、RTD 和二极管等传感器。模拟接口可以是电压基准、运算放大器和 A/D 转换器的组合，也可以是电流 D/A 转换器 (IDAC) 和 A/D 转换器的组合。根据温度范围、精度和成本选择一个或多个传感器。根据所选传感器、精度、成本和其他要求选择一组模拟接口器件。这并非易事。例如，一家大型半导体公司仅运算放大器就提供超过 900 种器件型号。必须对每个元件应用此组件选择过程，这是一项艰巨的任务，您肯定会希望在这方面得到一些帮助。如图 4 所示，您可能需要设计多种产品，以创建一个能够满足客户多样化需求的综合产品目录。为此，您需要针对不同的价格点和性能等级重复进行元件选择过程。您认为最适合产品目录的器件很可能引脚不兼容。这意味着您需要为整个产品目录设计多种印刷电路板布局。.
选定组件后，下一步是构建原型以验证设计。由于您将从不同的供应商处采购组件，因此需要使用适用于系统设计中各种挑战的辅助工具。例如，模拟电路供应商提供的评估板和应用笔记通常侧重于模拟电路设计的难点，而不提供微控制器的代码，而这些代码涉及校准和线性化算法。即使模拟电路和微控制器来自同一供应商，这种情况也常常存在。.
您非常清楚这种设计所面临的挑战，自然而然会问：解决方案是什么？理想情况下，您需要一个能够连接各种温度传感器的单芯片解决方案。您希望它能够通过软件进行配置，并提供多种引脚排列方式，以便评估价格和性能。如果以上所有条件都能满足，您就可以设计一块与最终产品的多个版本兼容的印刷电路板。更理想的情况是，供应商能够提供涵盖这些传感器系统设计的完整解决方案。这样，您就无需整合来自不同供应商的辅助工具来构建最终系统。.
幸运的是，得益于半导体技术的进步，片上系统 (SoC) 等解决方案应运而生。赛普拉斯的 PSoC 3 和 PSoC 5 可编程 SoC 器件就是其中的一个例子。如图 3 所示，它们包含了连接模拟传感器、微控制器、数字和通信外设以及可编程数字逻辑所需的所有高性能模拟模块。模拟接口的电压基准为热敏电阻和模数转换器 (ADC) 提供电压。ADC 通过模拟多路复用器对不同的输入进行多路复用，从而测量热敏电阻和热电偶两端的电压。该系统还包括用于测量其他温度传感器的 IDAC、运算放大器和电压数模转换器 (VDAC)。可编程的布线和互连使得无需修改印刷电路板即可更改模块之间的连接。这样，只需更改固件，单个芯片即可支持多种不同的传感器互连。.
片上系统 (SoC) 通过集成信号链模块来降低成本，但理解一个新系统需要设计人员投入一定的初始时间。如果解决方案包含预配置的信号处理模块和具有简单可重编程选项的特定应用模块，则可以最大限度地减少这种时间投入。例如，Cypress 提供易于修改的传感器组件，可用于传感器或信号处理。图 4 展示了一个热敏电阻传感器的组件配置示例，设计人员可以为所选热敏电阻添加特定的输入，系统会根据传感器自动生成代码。这些图形用户界面不仅可以控制传感器的选择，还可以控制实现方法。例如，设计人员在评估项目的空间和精度后，可以选择查找表 (LUT) 或方程式方法进行实现。.
这些组件以及应用笔记中的相关固件示例，为工程师提供了一个强大的起点。其中一些解决方案可以组合使用，从而创建专门针对特定应用的定制方案。例如，Cypress 提供了使用热电偶和热敏电阻组件进行温度测量的固件和应用笔记。该解决方案可以与风扇控制组件结合使用，从而创建本文讨论的应用示例。图 5 展示了使用 Cypress 的 PSoC Creator 软件实现该系统的过程。.
集成了赛普拉斯传感器和控制组件等附加功能的片上系统 (SoC) 可以简化设计流程。为了更进一步，实现真正全面的温度传感解决方案，系统必须同时包含传感器和温度控制功能。目前市场上有一些套件和评估板，它们内置传感器或提供连接外部传感器的选项。但这些板卡大多是单传感器板，当需要更换温度传感器时，就需要使用不同的板卡。更好的选择是使用套件，例如赛普拉斯的 CY8CKIT-025，它在一块板上提供了多传感器评估功能（图 6）。.
该套件可连接至标准的 CY8CKIT-030 评估板和 PSoC 器件，并使用套件提供的固件示例进行编程。其中一个固件项目用于精密温度传感，可将所有温度传感器连接在同一项目中。它提供诸如使用相关双采样 (CDS) 技术进行校准和偏移消除等附加功能。与 Fluke 725 校准器相比，该套件的性能（尤其是对于热电偶）在 -200°C 至 1300°C 的温度范围内误差小于 ±0.3°C。这表明实现高精度温度传感解决方案所需的工作量极小。.
总而言之，采用单芯片解决方案并配合系统级设计工具，可以大大简化为您的产品选择合适解决方案的过程，减少产品目录所需的设计版本数量，缩短产品上市时间，并通过减少组件数量来提高产品可靠性。.
作者：
Archana Yarlagadda 和 Gaurang Kavaiya。柏。.
