概 述

NTC電阻，即負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，英文全稱為Negative Temperature Coefficient，指的是阻值隨溫度上升而呈指數(shù)關(guān)系減小的現(xiàn)象和材料。

NTC熱敏電阻一般以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物在導(dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料：

溫度越低，這些氧化物材料的載流子（電子和空穴）數(shù)目減少，其電阻增大

溫度越高，氧化物材料的載流子（電子和空穴）數(shù)目增多，其電阻減小

NTC電阻正以其成本低、精度高的特性，被越來越廣泛的應(yīng)用在各種場(chǎng)合。

NTC電阻在血糖儀中的應(yīng)用

血糖儀采用電化學(xué)原理，測(cè)試血糖試紙反應(yīng)區(qū)內(nèi)的生化酶與血液中的葡萄糖產(chǎn)生的微電流，再轉(zhuǎn)化成葡萄糖濃度讀數(shù)。這一過程對(duì)于測(cè)試環(huán)境的溫度有著較高的要求，適宜血糖儀運(yùn)作的溫度一般來說在10℃~40℃之間，太冷或者太熱的環(huán)境均會(huì)影響其測(cè)試準(zhǔn)確性。

使用NTC電阻檢測(cè)溫度并對(duì)結(jié)果進(jìn)行溫度補(bǔ)償，避免測(cè)試結(jié)果因外界溫度產(chǎn)生偏差，耽誤病患的治療，正成為一種主流的低成本解決方案。

基于PT32x033的NTC應(yīng)用

NTC常規(guī)的應(yīng)用是將熱敏電阻和普通電阻器串聯(lián)連接，并施加以恒定電壓VIN，再將端點(diǎn)電壓VNTC接入到ADC中采樣，如下圖所示：

圖1 NTC恒壓驅(qū)動(dòng)電路

使用上圖所示的電路，熱敏電阻此時(shí)的阻值，可以通過下面的公式計(jì)算得出：

2.1 多選的恒壓源VIN

針對(duì)恒定的電壓源VIN，在血糖儀應(yīng)用中，PT32x033提供了幾種配置策略：

BG2v0通過AVREF+引腳間接的作為恒壓源

BG2v0通過DVREF+引腳間接的作為恒壓源

如下圖所示：

圖2 可選的恒壓源配置策略

注

1. 虛線，指可選的連接

2. BG2v0通過AVREF+或DVREF+引腳間接的作為恒壓源時(shí)，R在25℃的阻值應(yīng)大于100KΩ

2.2 高精度ADC

PT32x033內(nèi)部集成了一個(gè)12bit分辨率的高精度ADC，下圖為ADC的框圖

圖3 ADC框圖

ADC提供了幾個(gè)可選的參考源：

VDDA

BG2V0

AVREF+

在血糖儀應(yīng)用中，選擇BG2v0以提供成本和精度間的最佳平衡。

NTC溫度算法

NTC的溫度算法常見的有下列三種，這些算法都需要獲得高精度的NTC電阻阻值作為前提。

1、B值法

2、查表法

3、線性擬合法

B值法需要占用較大的計(jì)算資源，但其得出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高，血糖儀Demo板上使用的就是這種方法通過NTC阻值來計(jì)算溫度，下面就重點(diǎn)對(duì)B值法進(jìn)行描述：

3.1 B值法

B值法根據(jù)一條公式，僅需要代入NTC電阻值和B值這兩個(gè)變量，即可獲取溫度值，可移植性高，操作方便，公式如下所示：

其中：

TN為常量，表示25℃的開爾文溫度單位：298.15

B為變量，指NTC電阻的B值，血糖儀DEMO板上使用的NTC電阻B值為3380

273.15為常量，開氏度中的絕對(duì)零度，將開氏度減去絕對(duì)零度，即獲得攝氏度

下面是根據(jù)上述公式，血糖儀DEMO程序封裝的函數(shù)，如下圖所示：

圖4 基于B值法的函數(shù)

3.2 查表法

NTC的阻值對(duì)應(yīng)著溫度，查表法正是應(yīng)用這個(gè)原理總結(jié)的一種較為流行的簡(jiǎn)單方法。

使用查表法，需要將NTC的相關(guān)阻值根據(jù)溫度的規(guī)律，都記錄在一個(gè)數(shù)組中，通過將當(dāng)前計(jì)算得出的NTC電阻值與數(shù)組成員進(jìn)行對(duì)比，從而獲得對(duì)應(yīng)的溫度值。但查表法難以獲取更加細(xì)分的溫度值且實(shí)際操作復(fù)雜，需要建立數(shù)組，可移植性差。

3.3 線性擬合法

查表法的缺陷在于無法獲取更細(xì)分的溫度，且實(shí)際操作復(fù)雜，需要根據(jù)NTC數(shù)據(jù)手冊(cè)的“阻值溫度對(duì)應(yīng)表”去建立數(shù)組，可移植性差。因此在這個(gè)基礎(chǔ)上，還延伸了一種更為簡(jiǎn)便的方法：“線性擬合法”。

線性擬合法需要根據(jù)“阻值溫度對(duì)應(yīng)表”去擬合出一條線性公式，在程序上，通過這條線性公式，將計(jì)算得出的電阻值代入即可獲取溫度值。

但該方法同樣也需要建立擬合數(shù)據(jù)，且可移植性差，實(shí)際操作較為繁瑣。

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來源：澎湃微電子

審核編輯：湯梓紅