不知大家是否有注意到，現在的PIC^® MCU內部幾乎都有一個溫度指示器。其實早在2007年Microchip推出的PIC16F72X就有此功能了。早期推出此功能的主要目的是測量芯片內部的溫度，可用以補償IC內部類比模組因溫度所造成的漂移。下文主要會介紹如何使用此功能以測量環境溫度，大家亦可以發揮想像力，思考更多溫度指示器相關的應用。

讓我們先看此功能的方塊圖：

依圖示，只要利用一個類比數位轉換器（Analog-to-digital converter，ADC）將類比訊號轉換成數位資料讀取，即可使用溫度指示器的功能。但當我們再深入研究，可能就會發現事情沒有想像那樣簡單。首先讓我們來看一下此溫度指示器的線路圖：

從圖中可見，此線路是由4個二極體再加上一個定電流源組成。眾所周知二極體會因溫度影響，使其順向電壓改變，其特性為負溫度系數。因此當溫度上升，Vtemp輸出的電壓亦會跟隨上升，然後可經由Microchip所推導出的公式計算環境溫度，請參考應用筆記AN1333。

但因製程不同也會影響二極體的順向電壓，再加上實際應用時所使用的VDD電壓及輸出電流等因素都會影響其內部接合的溫度，為了修正這些誤差，我們可以使用單點或雙點校正。

單點校正就是以一個溫度點來修正溫度的偏移量，此方法的好處是操作簡易，但零件之間的差異就較大，僅適合對溫度準確度要求較低的應用。

若要求較高溫度準確的應用就需要雙點校正，補償溫度的偏移量及斜率，以得到較精準的環境溫度。

以上的校正方法是在工廠生產階段進行，雖然方便執行，但只局限於調校環境溫度處於0 ~ 85°C時。若想應用在更廣泛的溫度範圍，或更精準的溫度測量，就需要在產品設計階段導入校正因子。

如前文所述，溫度指示器的關鍵因素是二極體的順向電壓及溫度系數，所以應用時我們需要準備數量充足的電路板，這些電路板也要焊上相應的零件，MCU也要燒錄應用所需的韌體，亦建議利用不同批號的MCU作測試。

另外我們也需要準備溫度計在外部測量環境溫度，測量時愈靠近MCU愈好，甚至把溫度計貼在MCU封裝表面，這時可以選用Microchip的溫度IC MCP9800。然後把全部工具放入恆溫器當中，以每間隔10°C做測試，再來可以使用Microchip PICkit^™ Serial Analyzer讀取ADC及MCP9800的資料，將所得的ADC數據導入下列方程式可得到Vt值。

再將Vt值整理後畫成圖，如下：

圖中的斜率-0.00137就是方程式中的Tc，0.731就是Vf。 接下來再依上面所述的單點校正的方法得出方程式中的抵消。

在比較新的一代PIC MCU，如PIC16F及PIC18F系列產品，此溫度指示器的線路略有不同，如下所示：

所以其計算公式也稍有不同，如下：

另外其內部有一個Device Information Area（DIA）表格，此表中有在90°C時溫度指示器的ADC值及VREF的電壓輸出值。這個改變有下列好處：

1. 若對溫度的精確度要求不太高時，我們可以直接用DIA表格作校正，簡化工廠的生產流程及降低生產成本。

2. 若對溫度的精確度有一定要求時，我們則可在生產時只做單點校正的程序，再配合DIA表格就可以做到雙點校正的效果。

以上就是以IC內部的溫度指示器來計算出環境溫度的方法，各位讀者可以配合IC的電器特性表所列的參數來校正各種模組，歡迎到下述Microchip網址了解更多相關的產品資訊。

參考資料 :

AN1333: https://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/00001333B.pdf

AN2092: http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00002092a.pdf

AN2798: https://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/AN2798-00002798A.pdf

TB3165: https://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/TB3165-Temperature-Indicator-Module-on-8-bit-MCU-90003165B.pdf

本文作者為：Microchip應用工程師 徐廣安