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[参考译文] TMP144：用于远程温度监控的数字温度传感器的响应速率

admin
Guru**** 1624230 points
Other Parts Discussed in Thread: TMP61, TMP61-Q1, TMP1075, TMP144, TMP1827, TCA9544A, TMP107, TMP1826, SN74HCS125, BOOSTXL-TMP107
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/sensors-group/sensors/f/sensors-forum/1292312/tmp144-response-rate-of-digital-temperature-sensors-for-remote-temperature-monitoring

器件型号：TMP144
主题中讨论的其他器件：TMP61-Q1、 TMP1075、 TMP1827、TMP61、 TCA9544A、 TMP107、 TMP1826、 SN74HCS125、 BOOSTXL-TMP107

尊敬的 E2E 社区：

我们正在为我们的用例探索不同的模拟和数字温度传感器、在此用例中、我们必须监控机器部件的温度、例如轴承外壳、跨管道润滑油温度、电机外壳等。 到目前为止、我们计划使用温度范围为170'C 的 TMP61-Q1。 但是、我们现在计划探索数字温度传感器产品系列中集成度更高的解决方案。

  1. TMP1075
  2. TMP144
  3. TMP1827

在这些入围传感器中、您能与我们分享一下温度变化的响应速度是多少？  此用例要求温度响应速率 最多为1秒、不超过该速率。

此外、我们必须在距离 MCU/ADC 至少3m 的位置安装这些传感器、我们计划使用 STP CAT6e 电缆进行传感器连接、您是否可以为在使用较长电缆的情况下需要考虑的任何额外注意事项提供任何合适的参考？

此致。

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    所有这些器件均可在不到30ms 的时间内进行温度测量。 在数据表中、这被称为转换时间。 可以命令器件尽可能频繁地执行此操作。

    它们均可配置为以8Hz 或更高的频率自动进行温度测量。 您只需轮询传感器以找出最新的温度结果。

    总之、ADC 或逻辑不存在限制、不会阻止您使用数字温度传感器实现目标。 然而、传感器本身存在一个实际的热传递问题。 一般来说、质量最小的温度传感器能够由于环境变化而更快地改变温度。 如果传感器安装在具有电源平面的大型 PCB 上、则 PCB 可能会形成很大的质量、从而减缓温度变化。 在安装 TMP61时、这也可能是一个问题。

    以下是典型本地数字温度传感器的响应时间图。 请注意、该图位于 x 轴上的对数标度中、以便能够查看3个测试之间的差异。 浸没搅拌油表明传感器能够在0.1以内趋稳、并报告整个过程中的几个步骤。  

    谢谢。

    任

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    感谢您的回应、我的担忧源于一份应用手册、其中提到 TMP144用了15秒以上的时间记录了3°C 的温差。

    我知道热传递之间存在着明确的关系、我们可以在最后尝试对其进行优化。

    您是否还能确认/评论使用这些传感器进行远程温度测量、即通过 STP 电缆连接安装在距离 MCU 3-4米远的传感器。

    谢谢。

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    TMP144的推挽 UART 接口是驱动电缆的理想接口。 TMP144可自动调节到一定范围的波特率、使您能够在需要时减慢通信速度。

    由于逻辑高电平驱动相对较弱、因此 TMP1075的开漏 I2C 总线不太适合进行布线。 仍可通过2-3m 电缆运行。 I2C 频率可以变化、但通常只使用100kHz 或400kHz。

    TMP1827的开漏单线布线已得到证实、但具有与 I2C 相同的较弱逻辑高驱动。 然而、与其他总线相比、单线协议非常慢。 低速有助于它承受布线的电容。

    谢谢。

    任

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    你好、RAN、

    因此、我们现在倾向使用 TMP1075、除了使用 TMP1075 进行 I2C 和布线要小心外、TMP1075到目前为止从所有其他用例的角度来看似乎都很合适。 说过、为了实现稳健性：

    1. 我们计划以最高2-5kHz 的频率运行 I2C。
    2.  仅针对 TMP1075具有专用 I2C 主通道
    3. 连接多达4个 TMP1075
    4. 主端 TCA9544A
    5. 就物理连接而言是星型配置、但在任何给定时间点、4个 I2C 从器件中只有1个与 MUX 连接

    因此、总体而言、在使用 TMP1075这种设置时、我们没有任何其他主要的设计注意事项、您能提供哪些反馈/建议方面的指导？

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    如果我们计划使用 TMP144 -

    1. 我们是否可以假设它可以进一步减少对 I2C 多路复用器- TCA9544A 的需求
    2. 我们可以简单地星型连接多达4个 TMP144传感器,因为迪希链在我们的用例中是不可行的?

    期待您的反馈和指导。

    使用要求测量安装在不同位置的4个不同组件的温度、为了最大程度地缩短电缆长度、星型连接只是适合的布局。 在这种情况下、与 TMP1075相比、TMP144更适合驱动长电缆还是在2-5kHz 的低 I2C 速度下都应该具有相同/相似的性能？

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    TMP144的低阻抗总线也不易受到感应噪声的影响。 它通过拉电流来实现逻辑高电平、而其他总线依靠上拉电阻器来实现逻辑高电平。 从技术角度而言、TMP144能够拉取/灌入的电流低于其他器件在仅逻辑低电平输出端灌入的电流。 在长电缆上运行 SCL/SDA 将增加它们之间的交叉耦合、导致在 SCL 状态发生变化时 SDA 上出现尖峰/噪声。 单线制将没有其他信号要耦合。 由于低阻抗、UART 可能不太容易受到交叉耦合的影响。 交叉耦合不会给您带来任何麻烦、但它是一个技术方面的考虑。 如果 数据信号 可以与另一个信号(电源/接地)绞合、而不是彼此、则会减少交叉耦合。  

    TMP144不需要多路复用器、I2C 多路复用器将不兼容。 即使是通过星型连接、TMP144也应能够承受菊花链。 在星型连接中、如果您需要、可以使用标准逻辑缓冲器将信号缓冲到下一个 TMP144。  https://www.ti.com/logic-voltage-translation/buffers-drivers-transceivers/noninverting/overview.html 如果您仍想在星型位置多路复用 TMP144、则可以使用可能比 I2C 多路复用器便宜的标准逻辑器件来实现。 如果需要、隔离也是如此。

    我们还使用 TMP107作为另一个 UART 设备。 它与 TMP144有一些相似/不同之处、但它对您来说可能不会比 TMP144更有吸引力、除非您真的不喜欢 TMP144的 DSBGA 封装。 TMP107数据表具有 TMP107器件之间300m 电缆连接的测试结果、并具有与 TMP144相同的输出电流规格。

    谢谢。

    任

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    您好、 、

    感谢您的反馈和评论。 因此我们现在倾向于使用 TMP144。 是的、我不喜欢 DSBGA 封装！ TI 可以为此制作 TO-xx 封装吗？  

    对于工业环境中的使用、我们应该注意什么 ESD/EOS 保护措施？

    您能指导我们完成这项工作吗？ 我 在 TMP107应用部分中未找到任何保护器件。

    我们还有 ESD314用于我们的其他器件、我们可以使用同样的器件吗？

    我们是否需要采取任何其他措施？

    CAT6e 电缆应足以满足这些要求、对吗？

    此致

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    如果您有兴趣等待、我们正在积极开发 TO-92版本的 TMP1826。 我们之前考虑过 TO-92版本的 TMP107、但未发布。 目前、我们投资于单线而不是 UART。  

    我不是 ESD/EOS 专家。 ：)所有这些 IC 都集成了 ESD 功能，使它们能够通过数据表中所述的 JEDEC 标准。 这些标准主要与装配过程中的处理有关。 看起来 ESD314对于这些总线中的任何一条都是可以接受的。 我希望您根据 ESD 产品添加到总线的电容以及总线可承受的电容来选择它。 http://ti.com/esd

    我在我们的实验室中没有任何关于 CAT6的经验,但它似乎是合理的。 它所需的导体多于您需要的数量；您是否打算在传感器总线旁边运行其他接口？

    任

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    您好，任@

    不、目前还没有、我们计划单独运行这些电缆。 我主要关心的是工业环境中的潜在噪声干扰及其对器件运行的影响。 我们在所有线路中使用 ESD314来整合合适的 ESD、EFT 和浪涌保护。 是的、我们会将信号与电源/接地配对、而不是彼此配对、以避免发生串扰/耦合。

    能否就工业噪音对我们的系统有何影响提供一些见解？ 您是否建议 为这些信号线安装低通滤波器(LPFS)、铁氧体磁珠或其他降噪技术？ 我们是否需要 STP 电缆、还是正常电缆也可以工作？

    我们需要您提供有关 TMP144设置的 UART 通信波特率的反馈、我们可能会在单根总线上连接8-9个传感器。 为了在这些条件下确保可靠通信、您建议采用多大的波特率？

    TMP107数据表中给出的典型电路：

    数据表中给出的 TMP144典型电路：

    除了 ESD/EOS 保护、您能否指导我们还应考虑哪些因素来使其对于工业环境而言更可靠？

    • 我们是否需要基于 RC 滤波器为 LPF 进行配置？ 如果是，我们的目标是什么截止？ 这些器件需要/运行的最小/最大波特率是多少？
    • 我们是否需要在 MCU 侧使用 SN74HCS125之类的缓冲器来帮助在更长距离内获得更好的驱动强度？ 由于 SN74HCS125的-7.8mA 驱动器在 TMP144的 AMR 中、这是否会导致传感器出现任何问题)
    • 我们是否需要为这些设备提供专门的屏蔽电缆、它们之间的距离应约为4米、最大距离为5米8-9米  
    • 我们希望对传感器输出进行过采样以提高 SNR、看来 CR[1]允许高达8Hz、使用 TMP144是否可以实现更高的采样率？ 或者在这种情况下8倍采样是否足够？ 我们最终用途可以 在最终温度读数中承受高达4-5秒的延迟、精度是优先考虑的(+1是可以接受的、但越高越好)
    • 是否有用于将这些器件与 MCU 连接的示例驱动程序/代码可加快我们的测试速度？
    • 您分享的任何其他方法/建议/反馈可帮助我们实现稳健的设计
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    TI__Guru**** 1624230 points
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    在给定选项的情况下、我会始终使用屏蔽电缆。 我的客户通常不会考虑它。 我更喜欢这种滤波器。 我会避免向任何总线添加电容；始终存在寄生电容、只需使用串联电阻就可以减慢边沿速度。 这些是我的一般意见，可能不适合于具体情况。

    TMP144和 TMP107在其数据表中指定了最小/最大波特率。 在这方面,他们是完全相同的,巧合的。

    不需要缓冲器、但缓冲器可能会有所帮助。 电流能力本身并不有害。 假设、与 TMP144电流能力相比、缓冲器可能产生更快的边沿和更极端的尖峰/振铃。 如有必要、可以通过串联电阻调节此电流。

    我对过采样能够带来任何真正的好处持怀疑态度。 我们的噪声通常至多是一个 LSB 或两个 LSB。 我在我的第一个响应中提到了单次触发模式、它允许您尽可能快地触发新的测量。 仅在理论上受转换时间规格以及发送所需命令所需的时间的限制。 这样触发器件将增加其电流消耗、并可能导致输出温度出现小幅自发热上升。

    没有可用于 TMP144的源代码。  我为 BOOSTXL-TMP107编写了具有 TMP107驱动程序的代码。 即使没有硬件、该代码中包含的 LibraryTestBench 对于学习 TMP107和 TMP144接口也很有用。 虽然它不是为 TMP144编写的、但我说它对于 TMP144很有用、因为这两个器件的接口非常相似。 TMP1075、TMP1826和我们之前讨论的其他产品在 ASCStudio 中具有驱动程序。  https://dev.ti.com/sysconfig/index.html?product=ascstudio&module=/ti/sensors/tempsensor/TMP1826

    谢谢。

    任

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    您好！

    我正在处理一个应用、我计划将 TMP144温度传感器(在3.3V 逻辑电平和5kbps 波特率下运行)与5V UART 逻辑现场总线连接。 我打算使用 SN74LVC07 具有3.3V Vcc 和开漏输出、用于电平转换的六路缓冲器。 功耗不是一项限制。 以下是该配置的关键详细信息：

    1. 可将电平从5V 转换为3.3V :对于从5V 现场总线到传感器的 UART Tx 线路
    2. 电平转换从3.3V 至5V ：对于从传感器到5V 现场总线的 UART Rx 线路
    3. 时钟信号转换 ：此外，还可以将 MCU 的4MHz 时钟信号从5V 转换为3.3V 逻辑电平(在单独的 PCB 上)

    SN74LVC07由3.3V 电源供电、根据数据表、它支持高达5.5V 的输入电压、因此非常适合连接现场总线的5V 逻辑电平。 该数据表还提到输入和输出均可承受5.5V 电压、该器件可用于转换到5.5V 电压或下降到 VCC 电压。

    关于这种设置、我有几个问题：

    • 此配置是否适合在缓冲器由3.3V VCC 供电的情况下、根据需要使用两个独立通道将 TMP144传感器连接到5V 总线来进行双向 UART 通信？
    • 我们能否继续说明基于数据表的假设： 通过3.3V VCC 供电时、输出可以安全上拉至高于 VCC 的电压、即5V
    • 是否有任何其他注意事项或潜在问题需要注意、尤其是关于 UART 通信线路电平转换的可靠性方面？
    • 是否打算使用其中一个通道将5V 和4Mhz 逻辑信号电平转换为3.3V 信号、并可馈送到 MCU 的时钟输入端？ 我们将通过合适的 R-pullup 来处理上升时间和下降时间。

    我们非常感谢您对此类应用的任何见解或建议。

    谢谢！

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    TI__Guru**** 1624230 points
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    您确定是指 TMP144吗？ 我们谈到了几种不同的器件。 TMP144的通信是单向的、不应 由开漏驱动器缓冲。 双向协议通常通过开漏驱动器来实现、以防止冲突。  https://ti.com/lit/gpn/sn74lvc1t45 是一款满足您电压要求并可与 TMP144兼容的电平转换器示例。

    谢谢。

    任