薩科微SL-W-TRS-5.5Dx數字紅外熱電堆芯片方案

應用案例|Application Cases|

2024-09-13 09:56:38 949

深圳市薩科微半導體有限公司技術骨干來自清華大學，以新材料新工藝新產品引領公司發展，掌握國際*的第三代半導體碳化硅功率器件技術。薩科微集電子產品的設計開發、生產和銷售一體化的高新科技企業，為客戶提供可靠的產品和配套的技術服務。

1.1名稱：薩科微數字紅外熱電堆非接觸測溫應用

1.2應用：醫療、智能可穿戴設備、智能家電、工業溫度監測、非接觸表面人體測溫、額溫槍、學生卡、電子哨兵等近距離高精度數字測溫設備。

1.3芯片功能：

薩科微SL-W-TRS-5.5Dx是一款直插形式的數字紅外熱電堆芯片，用于非接觸測溫應用。芯片內置熱電堆傳感器和專用處理芯片，用戶無需其他外圍，直接通過 I2C 總線與傳感器進行通訊讀取。芯片本身附帶 5mm 和 8mm 金屬筒的標準型號，可以在-40℃～130℃溫度環境中應用。芯片能測量液體溫度、物體溫度（表溫）、人體溫度等，測量溫度范圍在-40℃～530℃之間。

1.4薩科微SL-W-TRS-5.5Dx系列型號為：

SL-W-W-TRS-5.5D1 --- 裸傳感器，TO-46 封裝，視場角 FOV = 90°

SL-W-TRS-5.5D2 --- TO-46 封裝加 5mm 高金屬筒，視場角 FOV = 75°

SL-W-TRS-5.5D3 --- TO-46 封裝加 8mm 高金屬筒，視場角 FOV = 60°

SL-W-TRS-5.5D4 --- TO-46 封裝加 5mm 異形金屬筒，視場角 FOV = 75°

SL-W-TRS-5.5D5 --- TO-46 封裝加 5mm 異形金屬筒，視場角 FOV = 75°

SL-W-TRS-5.5D6 --- TO-46 封裝加 3.5mm 異形金屬筒，視場角 FOV =75°

2．薩科微SL-W-TRS-5.5Dx典型應用電路圖

2.1薩科微SL-W-TRS-5.5Dx電路原理：

薩科微SL-W-TRS-5.5Dx器件引腳包含電源、I2C 總線共 4 個管腳，供電電壓允許范圍為 2.3～3.6V。傳感器本身功耗很低，電源地之間使用一顆 0.1uF 電容即可，如果傳感器離供電部分比較遠，可以考慮增加一個 10uF 電容，以保證電源穩定降低噪聲。

2.2薩科微SL-W-TRS-5.5Dx器件提供用于串行通信的 I 2C 通訊協議。通訊協議的選擇是基于 CSB 狀態。 I 2C 總線使用 SCL 和 SDA 作為信號線，兩條線都通過上拉電阻從外部連接到 VDDIO，以便在總線空閑時，保持為高電平。數字器件的 I 2C 設備地址可以通過寄存器 0x92 的 Chip_Address 進行配置，另有 I 2C 通的通配 7-bit 地址為 0x7F（如下圖）

I 2C 器件通配地址

I 2C 總線器件 SDA 和 SCL 的總線線路特性

I 2C 時序圖

I 2C 通訊協議

2.3 當 SCL 處于高電平同時 SDA 處于下降沿，標志 I 2C 數據通訊開始。I 2C 主設備依次發送從設備的地址（7 位），隨后方向控制位 R/W 選擇讀/寫操作。當從設備識別到這個地址后，產生一個應答信號，并在第九個 SCL(ACK) 周期將 SDA 拉低。 SCL 處于高電平，SDA 處于上升沿，標志 I 2C 數據通信結束。當 SCL 為高時 SDA 傳輸的數據必須保持穩定。只有當 SCL 為低時 SDA 傳輸的值才可以改變。

3.TO-46 金屬管殼封裝及尺寸

3.1引腳定義

4.結構設計要求

對于帶金屬光杯的型號，如果結構上允許，可以將傳感器鏡頭突出設備外殼上表面。如果外觀有限制需要將器件內置，則需要保證結構避讓器件視場。

對于有特殊需求需要使用 TO46 裸傳感器芯片的產品，其本身感光視場角 FOV 約為 90 度。因為紅外熱電堆傳感器對光、熱非常敏感，所以環境溫度越穩定，雜散光干擾越小，得到的測量結果越精確。一般來說不建議直接使用傳感器進行測量，在產品中應用需要結構上的配合。傳感器本身自帶硅濾光片，因為濾光片對紅外線有衰減，會導致測量結果偏低，如非必要，不要再增加其他濾光片。

4.1熱設計要求

環境溫度對測溫效果影響較大，盡量保證傳感器處于一個穩定的環境溫度下，避免熱源對其影響。因此要遠離高發熱器件，PCB 上傳感器四周盡可能做開槽設計，將傳感器置于孤島。

4.2測溫距離

傳感器輸出特性在近距離（一般指距離傳感器鏡片 20mm 以內）時受距離影響稍大，因此測量人體時建議的測量距離為 2-5cm 左右，測量其他物體在滿足視場角的情況下可以適當拉長距離。

5.程序設計

5.1標準模式：通過配置寄存器實現I2C模式，直接I2C 讀取數據。

5.2體眠模式：sleep Mode 下復用SDA作為中斷INT輸出，I2C失效，SCL持續為高電平。只對比傳感器通道，不對比內部溫度傳感器輸出。在I2C IDLE模式下通過I2C配置sleep_en = 1，mode_en = 1進入sleep，sleep 一段時間（100ms~25.6s，8bit），喚醒進行一次轉換得到ADCcal輸出，結合channel combination，check只對比To1校準后的adc raw data，用校準后的數據跟閾值去比，滿足中斷條件就能觸發中斷，寄存器可配高于設置閾值觸發中斷還是低于設置閾值觸發中斷，判斷完成后繼續進入sleep。默認配置SDA持續為高電平，當觸發中斷則拉低，過50ms又回到高電平。此中斷信號可用于喚醒MCU。 MCU檢測到INT信號后，控制SCL下拉超過10ms回到I2C IDLE模式，sleep_en=0。

6.設計注意事項

應用設計中，重點需要了解的是測量對象的材質（液體，物體還是人體），測量距離，測量溫度范圍，根據應用環境做算法優化開發，以提高測量的*度。原始芯片算法是只保證在熱平衡條件下，并且等溫條件(傳感器封裝上沒有溫度差)下傳感器有這個精度。若傳感器封裝上有溫差，測得精度就會受到影響。能引起傳感器封裝溫差的情況，比如傳感器底面或側面有較熱(或較冷)的元器件，或傳感器非常接近被測物體，被測物會局部加熱傳感器。

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