Realizarea unui sistem de măsură multiplă a temperaturii folosind senzori digitali integrați pe aceeași magistrală

CAPITOLUL I

1.1. INTRODUCERE ÎN SENZORI INTEGRAȚI DE TEMPERATURĂ

Senzorii digitali de temperatură au fost dezvoltati pentru a răspunde necesitatii unui control mai complex, a unei precizii mai bune si a unei rezolutii înalte. Aceste dispozitive au fost utilizate initial în sistemele de calcul, dar curând s-au identificat aplicatti si pentru multe alte sisteme. Utilizarile tipice includ: echipamentele de comunicatii de date, pentru CPU si FPGA de înaltă performantă trebuie monitorizate pentru aparitia conditiilor de supraîncălzire, echipamentele cu hard disk-uri, unde temperaturile extreme pot cauza erori de citire si pierderi de date. Un exemplu tipic de comandă cu control de temperatură pentru procesoarele de mare putere, este reducerea frecventei de ceas, cauzând diminuarea pierderilor de comutatie, reducând deci curentul de alimentare si extinzând durata de viata a bateriilor. Senzorii digitali de temperatură oferă posibilitatea citirii directe a valorilor de temperatură fără a fi necesare componente externe. Acest lucru este posibil prin integrarea tuturor blocurilor necesare în module ce oferă si economie de spatiu. Avantajul major datorat interfetei digitale a acestor dispozitive este cresterea nivelului de complexitate a buclelor de control de temperatură, precum si a software-ului de comandă, ceea ce simplifică upgrade-ul atunci când sistemul hardware sau proprietătile termice se modifică

Senzorul TC77, cu iesire serială, integrează într-un singur cip senzorul propriuzis de temperatură, un CAD de înaltă rezolutie si registre digitale. Comunicatia cu procesorul este posibilă cu ajutorul unei interfete seriale standard SPITM. Această magistrală utilizează pinii SCK, SI/O si CS pentru a transmite si primi datele. Temperatura este masurată prin monitorizarea tensiunii pe o diodă cu ajutorul unui convertor analog-digital pe 13 biti încorporat. Datele de temperatură sunt apoi stocate in Registrul de temperatură. Dacă o operatie de citire a Registrului de temperatură apare în timpul unei conversii analog-digitale, se va face citirea valorii anterior stocate. Registrul de configurare este utilizat pentru selectarea modului de conversie continuă a temperaturii sau a modului de operare cu închidere.

Acest din urmă mod dezactivează circuitul de conversie a temperaturii pentru a minimiza consumul de putere. Oricum portul serial de comunicatie rămâne activ.

Senzorii digitali de temperatură sunt pusi la dispozitie cu diferite protocoale de comunicatie standard industrial: interfata SPITM, protocol I2CTM si interfată serială SMBusTM Tendinta actuală este aceea a dezvoltării de senzori cu rezolutii mai mari de temperatură, precum si cu erori mai mici. Aceste caracteristici permit sistemului să monitorizeze temperatura cu o mai mare exactitate si în acelasi timp să detecteze variatii foarte mici ale mărimii măsurate, conducând si la posibilitatea reactionării mai rapide a sistemului, asigurând un nivel mai ridicat de siguranta si protectie termică. În plus fată de raportarea, prin interfata digitală, a valorilor de temperatură către un microcontroler sau un circuit integrat logic, multe dispozitive pot de asemenea primi instructiuni de la un microcontroler. Aceste instructiuni sunt uzual limite de temperatură, care, dacă sunt depasite, activează un semnal digital al senzorului, care conduce la oprirea activitatii microcontrolerului sau microprocesorului. Astfel, chiar în cazul unui blocaj software (comunicatia nu este posibila), există un semnal generat hardware, care initiază protectia sistemului la cresterea periculoasă a temperaturii.

Microcontrolerul poate, de exemplu, regla viteza ventilatorului sau diminua viteza microprocesorului pentru a mentine temperatura sub control.

Fabricarea si utilizarea traductoarelor integrate cunoaste o dezvoltare din ce in ce mai mare in ultima perioada, marcata si prin multiplele cercetari ce se fac in acest domeniu, atat in ceea ce priveste diversificarea gamei, cat si pentru cresterea performantelor acestora.

Fara indoiala, traductoarele integrate ofera o serie de avantaje in comparatie cu cele clasice, dintre care pot fi citate:

-productia traductoarelor integrate are la baza o tehnologie extrem de dezvoltata care, in cazul producrie in serie, permite scaderea pretului de cost;

-tehnologiile din microelectronica permit realizarea unor traductoare integrate cu complexitate foarte mare, care contin, pe langa traductorul propriu-zis si circuite de conditionare, conversie numerica, uneori si microprocesoare. Deoarece conexiunile dintre traductor si circuite si respectiv intre circuite sunt reduse, ele prezinta o imunitate mare la perturbatii;

-prin includerea unor traductoare suplimentare pot fi efectuate o serie de compensari (de exemplu – variatia de temperatura a mediului ambiant).

-structuca complexa a traductoarelor integrate permite obtinerea unosr sensibilitati ridicate si a unor caracteristici de transfer cu erori de neliniaritate reduse;

-fiabilitatea acestor traductoare este superioara ansamblelor formate din traductor si circuite de masurare discrete. De exemplu, circuitele LSI au media timpilor de buna functionare (MTBF) de ordinul / h, de ori mai mare decat in cazul circuitelor cu tuburi electronice si de ori mai mare decat in cazul circuitelor cu tranzistoare;

-consumul de putere poate fi foarte redus (de exemplu ceasurile electronice pot fi alimentate de la o minisursa de energie ani de zile).

Tabloul de mai sus trebuie insa completat cu dezavantajele si limitarile care le prezinta momentan traductoarele integrate:

-folosirea siliciului limiteaza domeniile de utilizare a traductoarelor:

a. domeniul de temperatura este cuprins intre -100 si +200°C;

b. siliciul nu are o serie de proprietati (de exemplu piezoelectricitate) sau proprietatile sunt restransa intr-o anumita gama (de exemplu efectul fotoelectric in zona de infrarosu);

-actiunea unor agenti exteriori (atmosfera, umiditate) poate distruge conexiunile sau sa atace cipul, daca acestea nu pot fi protejate;

-din cauza densitatii mari sunt posibile cuplaje parazite care sa conduca la aparitia unor reactii nedorite in traductor.

Cu toate aceste dezavantaje, pentru unele dintre ele gasindu-se solutii de rezolvare, traductoarele integrate au inceput sa aiba o larga gama in constructia de automobile, bunuri de larg consum, tehnologie biomedicala etc.