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System-on-Chip Temperaturen genau messen mit wenigen Mikroampere und ohne AD-Wandler

Autor / Redakteur: Norbert Breyer* / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Platin-Temperaturwiderstände von 100 Ω bis über 1 kΩ mit 18 Bit und mehr zu vermessen sowie dabei weniger als 5 µA zu benötigen ist eine technische Besonderheit, die sich mit gängigen Lösungen nicht realisieren lässt. Wir stellen Ihnen den PS08 vor, der genau das leisten soll.

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
TRACO ELECTRONIC GMBH
Bicker Elektronik GmbH
acam-messelectronic GmbH

Der Baustein PS08 ist eine System-on-Chip Lösung, die eigentlich für Waagen mit Dehnungsmessstreifen entwickelt wurde. Zu seinen Eigenschaften zählen:

  • PICOSTRAIN-Wandler mit bis zu 28 Bit-RMS-Auflösung
  • Integrierter 24-Bit-CISC-Controller (properitär) mit 3-K-ROM und 1-K-EEPROM für Programmcode und Parameter
  • Stromsparender LCD-Treiber für bis zu 56 Segmente

Der PS08 ist als Single-Chip-Lösung konzipiert, lässt sich aber auch als intelligenter Wandler nutzen und über die eingebaute SPI-Schnittstelle mit einem externen Prozessor kommunizieren.

Vorteile gegenüber AD-Wandlern

Mit dem PICOSTRAIN-Messverfahren wird die Widerstandsmessung in eine hochgenaue Zeitmessung überführt. So lassen sich Widerstände bis zu einer Auflösungs von 28 Bit messen. (Archiv: Vogel Business Media)

Der Baustein nutzt das PICOSTRAIN-Messverfahren. Dabei wird die Widerstandsmessung in eine hochgenau Zeitmessung überführt. Und genau hier liegt der Schlüssel der Überlegenheit gegenüber AD-Wandlern oder anderen Lösungen. Ein Kondensator wird wechselweise über den Sensorwiderstand und einen Referenzwiderstand entladen.

Die Entladezeit liegt typisch zwischen 5 und 150 µs und wird mit 30 ps RMS (< 1ps durch Mittelung) gemessen. Das Verhältnis der Entladezeiten liefert dann den Widerstands- bzw. Temperaturmesswert. Der Strom in den Sensor wird demnach nur durch die Ladung bestimmt, die während der Entladung des Kondensators von Vcc nach Vth durch den Widerstand fließt. Der Strom hängt damit auch linear von der Messrate ab.

Mit diesem Messverfahren lassen sich Widerstände mit einer Auflösung von 28 Bit messen. Selbst für genaueste Temperaturmessungen viel zu hochauflösend. Die nicht benötigte Auflösung kann daher in Stromersparnis umgewandelt werden. Dabei wird die Anzahl der Entladungen auf das Minimum begrenzt. Im Fall der Temperaturmessung genügen für eine Einzelmessung bereits vier Entladungsmessungen, um 20 Bit oder 1 mK Auflösung (Peak-Peak) zu erreichen.

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