四通道热电偶集成冷端补偿与多项式线性化功能

热电偶凭借其精度高、重复性好、测量精准、物理坚固性强、稳定性佳以及温度测量范围广等优点，被广泛应用于温度测量领域。然而，它们在接口设计上存在挑战：需要对其微伏 / 毫伏级输出信号进行放大，并进行冷端补偿（CJC）。许多应用还需要对其温度 - 输出电压传递函数进行一定程度的线性化处理，才能获得理想结果。

鉴于这些问题，Microchip Technology推出了 MCP9604 集成热电偶调理集成电路（IC），成功突破了温度测量与系统集成的技术壁垒。它是首款测量精度高达 ±1.5°C的单芯片四通道 I2C 热电偶调理IC，。

该 IC 为分立元件和多芯片解决方案提供了替代方案 —— 后者容易引入误差、增加系统设计陷阱，并延长物料清单（BOM）编制周期。由于集成度高，热电偶传感器与系统微控制器（MCU）之间基于 I2C 的物理连接极为简便。

但切勿被这种简单的连接方式所误导 —— 该 IC 内部蕴含着大量复杂的隐形设计。

NIST ITS-99 方程可提高精度

MCP9604 通过采用高阶 NIST ITS-90 方程进行线性化处理，而非早期全模拟放大器设计中简单的一阶线性近似，实现了对四个热电偶测量点的高精度测量。它借助一个处理器内核，利用从 NIST ITS-90 系数推导得出的参数，完成电动势（EMF）到摄氏度（°C）的转换计算。

该 IC 支持 NIST ITS-90 标准定义的 K、J、T、N、S、E、B 和 R 型热电偶。以性能表现为例，它通过在单芯片内集成温度测量和数学引擎信号链所需的模数转换器（ADC）、冷端补偿温度传感器、放大器及其他元件，实现了对 K 型热电偶的九阶精度测量。

集成冷端补偿功能

对于热电偶系统而言，实现冷端补偿往往是一个实际难题。冷端补偿温度传感器通常是精度较低、测量范围有限的器件（通常不是热电偶）。它安装在热电偶导线与系统普通铜线的连接点处，用于校正该连接点不可避免产生的热电偶效应带来的误差。

传统上，冷端补偿传感器安装在热电偶与系统导线连接的连接器或接线排处（因此还需要为该传感器额外布设一对导线）。而Microchip Technology的创新之处在于，将冷端补偿传感器集成在 MCP9604 的封装内，无需额外的分立冷端补偿传感器。

用户在设计印刷电路板（PCB）时，需要遵循一些关于该器件布线的 “最佳实践” 指南 —— 良好的 PCB 布局是实现从 PCB 温度到传感器芯片高效热传导的关键，而这些指南相对简单易懂。

PCB 负责实现从芯片到热电偶冷端的热传导。因此，元件布局位置和覆铜设计技巧是实现最佳冷端补偿效果的关键。为获得最佳温度灵敏度，推荐在器件引脚周围延伸出一块覆铜接地焊盘。

不止于高精度测量

这款温度转换器配备了用户可编程寄存器，为各类应用提供设计灵活性。通过这些寄存器，用户可进行多种设置选择，例如适用于电池供电应用的低功耗模式、针对快速瞬态温度的可调数字滤波器，以及四个可独立编程的温度报警输出端 —— 可用于检测多个温度区域。

此外，该器件（及其单通道系列产品）还具备开路和短路检测功能：当热电偶导线断裂或断开时，会触发报警信号；同样，当热电偶短路到地或电源时，也会触发报警信号。

MCP9604 热电偶调理 IC 配有一份 59 页的规格书（datasheet），以及 EV19L27A 评估板—— 评估板附带 24 页用户手册和可免费下载的软件。该 IC 最多可连接并读取四个热电偶的数据，由微控制器作为主机系统接收这些信息，并绘制所选热电偶的温度变化曲线。