关于解决热敏电阻的非线性问题

如果您打算在整个温度范围内均使用热敏电阻温度传感器件，那么该器件的设计工作会颇具挑战性。热敏电阻通常为一款高阻抗、电阻性器件，因此当您需要将热敏电阻的阻值转换为电压值时，该器件可以简化其中的一个接口问题。然而更具挑战性的接口问题是，如何利用线性 ADC 以数字形式捕获热敏电阻的非线性行为。

　　 “热敏电阻”一词源于对“热度敏感的电阻”这一描述的概括。热敏电阻包括两种基本的类型，分别为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻非常适用于高温度测量。要确定热敏电阻周围的温度，您可以借助 Steinhart-Hart 公式：T=1/(A0+A1(lnRT)+A3(lnRT3)) 来实现。其中，T 为开氏温度；RT 为热敏电阻在温度 T 时的阻值；而  A0、A1 和 A3 则是由热敏电阻生产厂商提供的常数。

　　热敏电阻的阻值会随着温度的改变而改变，而这种改变是非线性的，Steinhart-Hart 公式表明了这一点。在进行温度测量时，需要驱动一个通过热敏电阻的参考电流，以创建一个等效电压，该等效电压具有非线性的响应。您可以使用配备在微控制器上的参照表，尝试对热敏电阻的非线性响应进行补偿。即使您可以在微控制器固件上运行此类算法，但您还是需要一个高转换器用于在出现极端值温度时进行数据捕获。

　　另一种方法是，您可以在数字化之前使用“硬件线性化”技术和一个较低的 ADC。其中一种技术是将一个电阻 RSER 与热敏电阻 RTHERM 以及参考电压或电源进行串联（见图 1）。将 PGA（可编程增益放大器）设置为 1V/V，但在这样的电路中，一个 10 位的 ADC 只能感应很有限的温度范围（大约 ±25°C）。

　　请注意，在图 1 中对高温区没能解析。但如果在这些温度值下增加 PGA 的增益，就可以将 PGA 的输出信号控制在一定范围内，在此范围内 ADC 能够提供可靠地转换，从而对热敏电阻的温度进行识别。

　　微控制器固件的温度传感算法可读取 10 位的 ADC 数字值，并将其传送到 PGA 滞后软件程序。PGA 滞后程序会校验 PGA 增益设置，并将 ADC 数字值与图 1 显示的电压节点的值进行比较。如果 ADC 输出超过了电压节点的值，则微控制器会将 PGA 增益设置到下一个较高或较低的增益设定值上。如果有必要，微控制器会再次获取一个新的 ADC 值。然后 PGA 增益和 ADC 值会被传送到一个微控制器分段线性内插程序。

　　从非线性的热敏电阻上获取数据有时候会被看作是一项“不可能实现的任务”。您可以将一个串联电阻、一个微控制器、一个 10 位 ADC 以及一个 PGA 合理的配合使用，以解决非线性热敏电阻在超过 ±25°C 温度以后所带来的测量难题。