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    广东传感器外壳报价/泊头利坤电子现货直供品质保证

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    更新日期2019-03-11 09:15

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    对适用于可穿戴式电子体温计设计的CMOS体温传感器和NTC热敏电阻这两种体温传感技术在测温原理、校准技术、集成度和经济性等方面的技术特点进行对比。
    1、测温原理对比
    CMOS温度传感器本质上是通过硅衬底上的寄生PNP晶体管的温度特性来获得温度信息的,CMOS温度传感器通过PNP晶体管获得一个与绝 对温度成正比的(Proportional-to-Absolute-Temperatwe,PTAT)电压和一个负温度系数(Complementary-to-Absolute-Temperature,CTAT)电压,将这两个电压按一定比例系数相加即得到一个与温度无关的电压VREF,再将PTAT电压和VREF接入ADC即可得到温度信息。因此CMOS温度传感器输出的温度信息为数字信号,配合微控制器等器件即可完成温度信息的读取。NTC热敏电阻是一种随着温度升高阻值逐渐下降的感温传感器配件,其测温的原理是通过测得NTC的电阻值,然后根据温度一阻值分度表来获得温度信息。热敏电阻阻值的测量通常使用桥式电路或分压电路,通过测量电压的变化来获得温度信息,其输出的温度信号为模拟信号,一般还需要加上一个ADC才能获得数字信号。
    输出数字信号的CMOS温度传感器只需要加上一个微控制器即可实现温度信息的读取,而NTC热敏电阻还需要额外的参考电阻和ADC电路。因此,在电路设计方面输出数字信号的CMOS温度传感器更具有优 势。
    2、校准技术对比
    对于CMOS体温传感器,目前主要的校准技术包括晶圆级的校准、封装进传感器外壳后的校准以及系统级的校准。通过采用DEM、斩波技术和曲率补偿等误差消除方法,可以使得模拟前端的测量精度主要受VBE的影响,同时采用电流增益误差消除技术使得引起VBE误差的各误差来源对VBE温度特性曲线的影响只有一个自由度,即个温度误差对vBE的影响是在原来的基础上加上了一个与绝 对温度成正比的量,那么这些误差都可以由一个温度点进行校准。VBE的偏差通常发生在不同批次之间,因此单点校准技术可以同时校准同一批次生产的体温传感器,在进行校准之前需要先进行温箱实验,测量同一批次中的部分样片以获得整个批次的温度误差系数,然后再用该校准系数来校准整个批次的体温传感器,但对于不同批次的体温传感器需要分别校准。以NTC热敏电阻为传感器的电子体温计,其温度测量精度除了受NTC热敏电阻本身的影响以外,还与电路的结构相关。要提高温度测量精度,一方面可以使用性能良好的器件,另一方面可以分析系统的误差来源对校准技术。
    3、集成度对比
    一方面,随着集成电路技术的不断发展,其工艺尺寸在不断的缩小,CMOS体温传感器的尺寸可以做得越来越小;另一方面,体温传感器模块还可以集成微控制器、无线通信等模块。这使得整个体温测量系统可以集成在一个芯片内,实现真正的片上系统(SoC)。因此越来越高的集成度将是CMOS体温传感器的发展趋势。
    对于NTC热敏电阻,制造商们也在不断地开发具有各种电特性与物理尺寸组合的器件,以满足用户不断提高的测量需求,通过采用LTCC(Low-Temperature-Cofired-Ceramics)技术可以实现NTC热敏电阻的3D集成,使其更适用于细胞或血液等需要连续精确测量温度的微系统。
    集成了MCU、射频通信等模块后的CMOS体温传感器,相比于采用NTC热敏电阻的体温计成品,不需要额外的参考电阻以及外接的NTC热敏电阻,因此随着不断提高的集成电路技术CMOS体温传感器在高集成度设计上更具有优 势。虽然基于CMOS体温传感器的单芯片系统解决方案可以大大的提高可穿戴式体温计设计的集成度,但是当体温传感器与MCU等模块集成在一起后,芯片的自热将成为影响温度测量精度的关键因素,系统的工作电流越大,产生的自热就会越严重,这也是CMOS体温传感器在高集成度发展中必须要解决的问题。
    4、经济性对比
    对于可穿戴式体温计成品的设计成本,主要包括物料成本和校准成本。CMOS集成体温传感器直接输出数字的温度信息,只需要加上微控制器单元即可完成温度信息的获取,而NTC热敏电阻还需要额外的电路设计,通常需要一个参考电阻和模数转化器,因此在去除体温传感器之后的物料设计成本CMOS集成体温传感器更具有优 势。关于校准成本,CMOS体温传感器通常在出厂前完成校准,NTC热敏电阻通常需要进行系统级校准。这两种体温传感器的成本和其本身的测量精度、器件尺寸等性能指标相关,通常出厂之前经过校准的体温传感器其精度更高,但价格也更昂贵,而精度更高的体温传感器在后期电路设计阶段所需的成本会更低,关于器件的尺寸其越小所需的成本通常也更高。基于两种体温传感器的体温测量系统的设计成本和具体的设计方案有关,在实际设计中需要综合衡量测量精度、尺寸和成本的轻重来决定。
    5、可穿戴式组装形式对比
    可穿戴式医用电子体温计除了有小型化、低功耗的要求,其在可穿戴组装形式的研究中还包括以下需求:1)、体温传感器与人体接触良好,2)、与人体接触一侧的材料导热良好,相对的一侧导热越小越好,3)、整个体温计绝缘、防水且不能屏蔽射频信号的发射。基于上述可穿戴组装形式的要求,NTC热敏电阻封装灵活,具有可以弯折的特点,测试的目标点准确,而CMOS体温传感器因其芯片的封装形式,难以做到与人体的良好接触,尤其是在单芯片的解决方案中,CMOS体温传感器与MCU,RF模块集成以后,更增加了其可穿戴组装形式的研究难度。因此,CMOS体温传感器相比于NTC热敏电阻在可穿戴式体温计成品设计中存在的另一个问题是其在可穿戴组装形式中的安置问题。
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