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。

模块功能介绍

由于本次的设计具有一定阶段性（共6期，12个主题），对于温度的采集原定选用的数字传感器，这次的任务就以单独模块的形式存在，实际上是一个模拟处理电路。

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，主要是针对0-40℃对应0-3.3V的输出，实际上可以采集的温度范围可以更多，不过这个模块通过3.3V供电，对于超过范围直接就失真消顶了。

模块硬件介绍

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。

设计框图

设计框图主要是模块内的功能关系，如下：

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

硬件调试

本次的调试不涉及到软件调试，不过还是需要硬件调试验证一下，对于分压电阻和差分放大电路等内容时进行验证，最后还是通过输出电压来获取温度，由于NTC的变化不是完全线性的，不过也可以理解为基本线性，我们测一下基本的温度和输出电压的关系，室温电压和手指温电压。

效果展示

室温26℃左右对应的电压（40/3.3*2.278=27.6）：

手指按在NTC上1分钟对应的电压（40/3.3*2.544=30.8）:

心得体会

在阶段2的实现阶段时间上一个是对前面硬件设计电路的验证，对应的功能符合输出，也是一个非常有成就感的事情，不过遇到的问题也会更多，我们首次设定使用的只是同向放大器，虽然也有基准，不过无法偏移到0℃，后来进行了一下升级，采用的差分电路才可以的，只能在第一版的PCB实物中进行飞线修改了，也是好事更加深刻了，期待新的一期的推出！