萨科微SL-S-TRS-5.5Dx数字红外热电堆芯片方案

应用案例|Application Cases|

2024-10-17 12:54:35 759

深圳市萨科微SLKOR(WWW.SLKORMICRO.COM)半导体有限公司技术骨干来自清华大学和韩国延世大学，以新材料新工艺新产品引领公司发展，较早掌握国际*的第三代半导体碳化硅功率器件技术。萨科微集电子元器件的设计开发、生产和销售一体化的高新科技企业，为客户提供可靠的产品和配套的技术服务，“slkor”品牌逐渐发展成为国际知名品牌，与全*超过10000家合作伙伴一起发展。为了努力为客户提供*的产品和配套的解决方案，现在萨科微推出一系列数字红外热电堆非接触测温应用设计demo板使用教程。

1.1名称：萨科微数字红外热电堆非接触测温应用

1.2应用：智能可穿戴设备、智能手机、工业温度监测、非接触表面人体测温、智能温度感应与控制等近距离测温尺寸较小的设备

1.3芯片功能：

萨科微SL-S-TRS-5.5Dx是一款贴片形式的数字红外热电堆芯片，用于非接触测温应用。芯片内置NTC、红外热电堆、信号调理电路和高分辨率 ADC组成，用户无需其他外围，直接通过 I2C 总线与传感器进行通讯读取。从 ADC 取得 NTC 和热电堆对应的采样数据，再由MCU把原始数据转换为用户需要的温度值。可以在-40℃～130℃温度环境中应用，测量温度范围更广在-40℃～530℃之间。

2．萨科微SL-S-TRS-5.5Dx典型应用电路图

2.1萨科微SL-S-TRS-5.5Dx电路原理：

萨科微SL-S-TRS-5.5Dx芯片引脚包含电源、I2C 总线和1根地址设置，供电电压允许范围为 2.5～5V。I2C 的数据和时钟线进行上拉处理。ADDR 管脚是器件I2C 地址的最低位，如果没有使用两颗传感器的需求可以直接连到 GND 或 VCC。传感器本身功耗很低，电源地之间使用一颗 0.1uF 电容即可，如果传感器离供电部分比较远，可以考虑增加一个 10uF电容，以保证电源稳定。

2.2萨科微SL-W-TRS-5.5Dx芯片提供用于串行通信的 I2C 通讯协议。通讯协议的选择是基于 CSB 状态。 I2C 总线使用 SCL 和 SDA 作为信号线，两条线都通过上拉电阻从外部连接到 VDDIO，以便在总线空闲时，保持为高电平。SL-S-TRS-5.5D1的 I2C 芯片地址如下表所示。7 位器件地址的 LSB 位由 SDO 引脚确定。如果 SDO 连接到 VDDIO，则 7 位 I2C 地址为“ 1101101”。如果 SDO 连接到 GND，则 7 位 I2C 地址为“ 1101100”。（如下图）

I 2C 芯片地址

I 2C 总线线路特性

I 2C 时序图

I 2C 通讯协议

2.3当 SCL 处于高电平同时 SDA 处于下降沿，标志 I2C 数据通讯开始。I2C 主设备依次发送从设备的地址（7 位），随后方向控制位 R/W 选择读/写操作。当从设备识别到这个地址后，产生一个应答信号，并在第九个 SCL(ACK) 周期将 SDA 拉低。 SCL 处于高电平，SDA 处于上升沿，标志 I2C 数据通信结束。当 SCL 为高时 SDA 传输的数据必须保持稳定。只有当 SCL 为低时 SDA 传输的值才可以改变。

3.SMD-6P,4.7x3.8mm封装及尺寸

3.1引脚定义

4.温度测量影响因素

4.1芯片一致性影响同一种热电堆传感器，本身的输出特性是确定的，这里“特性”是指芯片电压输出受环境及物体温度的影响“趋势”是一致的。热电堆个体之间的差异在于材料和生产工艺，在相同外部条件下，传感器的*输出不完全一致，但相互之间可以认为是恒定倍数关系。

4.2视场角（FOV）影响因为热电堆传感器位于芯片内部，芯片上都会留一个视窗，并配合红外滤光片作为透光窗口。传感器的视场角近似等于芯片截面上热电堆本体与透光窗口两侧交叉连线的夹角。对于红外热电堆传感器来说，芯片视场角范围内与传感器本体存在温差的物体都会影响最终输出。一般温枪应用都会将传感器与一个金属套筒安装在一起，内部使用透镜或聚光杯将红外光汇聚在传感器上。金属筒的作用就是给传感器提供一个稳定的环境温度，并配合光学设计使测温枪具有指定视场角。对于空间足够的非穿戴设备，建议设计时将传感器底部及四周进行铺地处理，并加以金属光杯，以增加传感器热容，缩小视场角并延长测温距离。如果是空间紧张的穿戴设备，可以根据具体产品形态将传感器布置在距外壳 2-3mm 处。在满足视场角的情况下将开口设计为盆形。需要注意的是，普通可见光镜片一般不透射远红外光。传感器本身是密封的，如果需要做整体密封设计，可以通过泡棉密封或是使用透红外的硅滤光片（和传感器上相同材质的镜片，方形外观采购成本会低一些）如果需要改变测温结构的视场角且结构上不允许使用金属套筒，则视场角内的非被测物体温度需要纳入考虑，有些情况下可以通过补偿的得到想要的测温结果。

4.3测温距离影响因为红外辐射强度与物体距离呈反比关系，因此为了测量精确度，一般额温枪应用都会要求在一定距离内测量（3-5cm）。尤其是红外传感器用于近距离体温测量时，因为距离皮肤非常近，因此距离因素对传感器输出影响很大。所以一般都需要经过专门调校测试。

4.4温度稳定性影响由于一般的温度测量和传感器输出电压测量是分步完成，每次转换的时间较长，并且传感器有一定响应时间，因此如果测量过程中环境温度不够稳定，我们得到的温度和输出电压是不同步的，这就会导致测量结果与实际温度值之间的差异。因此传感器本体温度稳定也尤为重要。结构上允许的话最好在传感器上或四周使用金属构件增加热稳定性。

5设计注意事项

应用设计中，重点需要了解的是测量对象的材质（液体，物体还是人体），测量距离，测量温度范围，根据应用环境做算法优化开发，以提高测量的*度。原始芯片算法是只保证在热平衡条件下，并且等温条件(传感器封装上没有温度差)下传感器有这个精度。若传感器封装上有温差，测得精度就会受到影响。能引起传感器封装温差的情况，比如传感器底面或侧面有较热(或较冷)的元器件，或传感器非常接近被测物体，被测物会局部加热传感器。

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