任务介绍
本次任务是第四期的任务一,设计⼀个 NTC 热敏电阻温度传感器信号调理 PCB 模块,主要的性能要求是输出0-3.3V 对应 0°C 到 40°C,想要实现这个性能参数,我们需要从传感器的参数开始选择,在进行调理电路的设计,板卡尺寸要求小于40mm x 25mm,之前的PCB设计的尺寸还是符合的。
模块介绍
本次根据任务选择设计一个 NTC 热敏电阻温度传感器信号调理 PCB 模块,首先的任务就是选择一款合适的NTC,这里我们在得捷电子上进行了一下筛选,最终选择了ERT-J1VS104FA,25℃典型值为100K,B25/50为4330K。接下来就是调理电路部分了,我们基于MCP602进行电信号的处理,MCP602T-I/SN是Microchip(微芯)公司推出的双通道低功耗CMOS运算放大器,采用SOIC-8封装,适用于精密信号处理和电池供电系统。其核心特性包括2.7V–5.5V单电源供电能力,静态电流仅23μA/放大器,支持轨到轨输入输出摆幅,输入偏置电流低至60pA,输入失调电压为700μV,增益带宽积2.8MHz,压摆率2.3V/μs,共模抑制比(CMRR)75dB,电源抑制比(PSRR)88dB23。该器件采用先进CMOS工艺实现低噪声(输入电压噪声密度29nV/√Hz)和高稳定性,工作温度范围覆盖-40°C至+85°C26。应用领域涵盖传感器信号放大(如温度、压力传感器)、仪器测量(高精度电压/电流检测)、抗混叠滤波及便携式设备中的模拟信号处理。
ERT-J1VS104FA传感器DigiKey链接:https://www.digikey.cn/zh/products/detail/panasonic-electronic-components/ERT-J1VS104FA/526537
MCP602T-I/SN芯片DigiKey链接:https://www.digikey.cn/zh/products/detail/microchip-technology/MCP602T-I-SN/319452
原理图和PCB模块介绍
原理图
本次的设计主要基于双通道的运放,首先进行一下电压跟随,然后进行放大,NTC是一个负温度系数的传感器,温度越小阻值越大,本次选择的基础25度的温度是100K,根据B值的计算,通过下拉100K进行分压:
当0℃时,热敏电阻阻值为377.8K,此时分压为0.69V;
当40℃时,热敏电阻阻值为49.9K,此时分压为1.902V;
总体的电压变化是0.69V-1.902V,变化最终对应的是0-3.3V的输出,整体的扩大倍数是2.7倍左右,如果需要进行基线的调整,需要一个基准电压=0.69V,这个值本次设计是通过电阻分压得到。
PCB
3D效果图
模块主要性能指标和管脚定义
主要性能指标
类型 | NTC调理电路 |
核心芯片 | MCP602T-I/SN |
板卡尺寸 | 30mm x 18mm |
供电电压 | 3.3V |
输出类型 | 模拟输出 |
管脚定义
管脚属性 | 管脚名 | 管脚编号 |
P | GND | 1 |
P | VCC | 2 |
I/O | OUT | 3 |
eZ-PLM上新建物料和项目的截图
使用了eZ-PLM系统上传了自己的工程文件,方便保存记录各个版本,也可随时查阅,系统里查阅不到的物料也支持手动添加。
我们添加了本次使用的新物料:
物料添加展示图
项目详情图
心得体会
通过本次任务的设计了解学习模拟电路知识,本次做的是一个NTC调理电路模块,实际上也是对电信号的处理和转化,这里实际上器件的选择很多样,需要根据选择的进行定制化处理,不过基本原理是一样的,通过对模块尺寸的定型和接口开始,到器件的选型,逐步体验设计的全流程!