MCU内置的12位ADC 是否可以直接用于额温枪方案吗?

winniewei 提交于 周二, 04/21/2020
MCU内置的12位ADC 是否可以直接用于额温枪方案吗?

编者注:前段时间曾发文探讨24位ADC在高精度额温枪上的应用,详见《为什么额温枪需要高精度Sigma-Delta ADC?》,有读者发信来咨询,额温枪是否也可以采用MCU集成的12位ADC?今天刊载华大半导体专家撰写的一篇文章,分析内置12位ADC的MCU在额温枪的应用。

MCU内置的12位ADC是否可以直接用于额温枪方案?答案:可以的,而且完全能达到国家对红外温度计的相关标准要求。疫情期间,除口罩外,快速测温的额温枪也成为抢手货,各种优秀的额温枪方案不断出现。

我们看到,目前的主流方案有

主流方案一:12位 SAR ADC + 外置低失调运放、外置低温漂基准源。

主流方案二:16/24位 Sigma-delta ADC + 内置PGA、内置基准源。

其中,16/24位Sigma-delta ADC方案在疫情前就已经量产了。疫情发生后,由于产能不足,其价格飞涨。工程师们开始关注到另一种同样在疫情前就已经量产的优秀解决方案——MCU内置12位ADC配合外置低失调运放。由于这种方案完全采用通用型元器件,市场供应充足,价格亲民。那这两种方案该怎么选呢?是不是一定要选16/24位的ADC 呢?

工程师A: 16/24位的肯定比12 位的要好。

工程师B: 12 位的也能满足需求。

今天笔者也围绕这个热门话题来一番技术分析,供大家参考。

1,测量精度

常规红外测温传感器大都是NTC+热电堆的基础架构。这种传感器输出阻抗大,幅度小,μV级别,无法用ADC直接测量。通常需要加运放进行信号放大后再送入ADC进行转换。

笔者分析了约10种常见的红外测温传感器。当温度每变化1℃传感器输出变化量约70~140μV,电路放大220倍后每1℃变化量为15.4-30.8mV。

通用MCU内置的12 位 ADC的有效位可达到10.5 位,当参考电压为2.048V时,其分辨率为0.5mV,有效分辨率约为1.41 mV,可以有效分辨的温度为0.046-0.092℃。(具体计算方法详见文末。)满足国家标准《GB-T 21417.1-2008 医用红外体温计》中规定的±0.2℃测量精度的要求。

2、测量范围

通过上述数据进一步计算,当参考电压是2.048V时,可转换电压范围是0~2.048V,对应热电堆输出信号范围0~9.31mV。经折算可测量温度最小量程66℃,最大量程132℃。若设置37℃为量程中点,则可测温度范围最小为3~70℃,最大为-30~103℃。满足国家标准《GB-T 21417.1-2008 医用红外体温计》中规定的35℃~42℃测量范围的要求。

3、总结

综上,通用MCU内置的12位 ADC在测量精度及测量范围上均满足额温枪的国家标准。

附录:有效分辨电压计算公式

MCU内置的12位ADC 是否可以直接用于额温枪方案吗?

 

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