AVR ATtiny824 on-chip temperature sensor

Georg M. OP #7454547
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Ich teste jetzt den Temperatursensor unter den günstigsten Bedingungen (3.0V, 25°C), und trotzdem beträgt der Messfehler +10 Grad.

Übersehe ich etwas, oder ist der Temperatursensor tatsächlich so schlecht kalibriert?

1
 
#define F_CPU 2000000UL

2
 
#include <avr/io.h>

3
 
#include <util/delay.h>

4
 
#include <string.h>

5
 
#include <stdio.h>

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7
 
void USART0_sendString(const char *str)

8
 
{

9
 
  for(uint8_t i = 0; i < strlen(str); i++)

10
 
  {

11
 
    while(!(USART0.STATUS & USART_DREIF_bm)){}  // wait until transmit data register is empty

12
 
    USART0.TXDATAL = str[i];                    // transmit data

13
 
  }

14
 
}

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16
 
int main(void)

17
 
{

18
 
  _PROTECTED_WRITE(CLKCTRL.MCLKCTRLB, CLKCTRL_PDIV_10X_gc | CLKCTRL_PEN_bm);   // 2MHz main clock

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20
 
  PORTB.DIRSET = PIN2_bm;             // PB2 output (USART0 TxD)

21
 
  USART0.BAUD =  833;                 // 9600 Bd @ 2.0 MHz

22
 
  USART0.CTRLB = USART_TXEN_bm;       // enable transmitter

23
 


24
 
  ADC0.CTRLA = ADC_ENABLE_bm;                                   // enable ADC

25
 
  ADC0.CTRLB = ADC_PRESC_DIV4_gc;                               // ADC clock 500 kHz

26
 
  ADC0.CTRLC = ADC_REFSEL_1024MV_gc | (2 << ADC_TIMEBASE_gp);   // ADC reference and timebase

27
 
  ADC0.CTRLE = 16;                                              // sample duration (~33µs)

28
 
  ADC0.MUXPOS = ADC_MUXPOS_TEMPSENSE_gc;                        // ADC input

29
 
  ADC0.COMMAND = ADC_MODE_SINGLE_12BIT_gc;                      // ADC mode

30
 


31
 
  while(1)

32
 
  {

33
 
    ADC0.COMMAND |= ADC_START_IMMEDIATE_gc;        // start ADC conversion

34
 
    while(!(ADC0.INTFLAGS & ADC_RESRDY_bm));       // wait until conversion is done 

35
 
 

36
 
    uint16_t adc_reading = ADC0.RESULT >> 2;       // 12-bit to 10-bit

37
 
    int8_t sigrow_offset = SIGROW.TEMPSENSE1;      // temperature sensor offset

38
 
    uint8_t sigrow_gain = SIGROW.TEMPSENSE0;       // temperature sensor slope

39
 
    uint32_t temp = adc_reading - sigrow_offset;   // offset correction

40
 
    temp *= sigrow_gain;                           // multiply by slope

41
 
    temp += 0x80;                                  // correction

42
 
    temp >>= 8;                                    // temperature in Kelvin

43
 
    uint16_t temperature_C = temp - 273;           // temperature in degree Celsius

44
 


45
 
    char chst[4];                                  // 3-char-string

46
 
    sprintf(chst, "%d", adc_reading);              // integer to string

47
 
    USART0_sendString("ADC: ");

48
 
    USART0_sendString(chst);

49
 
    sprintf(chst, "%d", temperature_C);            // integer to string

50
 
    USART0_sendString("    temperature: ");

51
 
    USART0_sendString(chst);

52
 
    USART0_sendString(" °C");

53
 
    USART0_sendString("\r\n");

54
 
    _delay_ms(2000);

55
 
  }

56
 
}
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Michael Gast #7454566
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Schon nach DB typ +4,5°C Abweichung bei 25°C und der Chart '34.6 TEMPSENSE Characteristics' lässt auch nicht frohlocken. ADC Characteristics werden gemessen wenn man alles andere schlafen gelegt hat. Gerade beim Tempsense misst Du natürlich die Eigenerwärmung mit. Gerade deshalb ist es sinnvoll in der realen Applikation unter realen Bedingungen die Korrekturwerte zu ermitteln.

Wenn man das tut ist der Sensor nicht ganz furchtbar und kann z.B. für OTP benutzt werden.

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Michael Gast #7454836
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Stefan F. schrieb:

Ich glaube, der ist gar nicht kalibriert. "Not covered by production test", daher auch keine min/max Angaben.

'The individual compensation factors determined during the production test are stored in the Signature Row: • SIGROW.TEMPSENSE0 is a gain/slope correction • SIGROW.TEMPSENSE1 is an offset correction' The result of the temperature sensor measurement must be processed in the application software using compensation values from device production or user calibration to achieve more accurate results.'

Es werden nur keine Min / Max Werte über den vollen Arbeitsbereich kontrolliert. Die werkseitig voreingestellten Werte können nicht sehr gut sein. Dazu muss man min ein 2punkt Kalibrierung an zwei weit entfernten Punkten machen, bei konstanter VCC der realen Schaltung. Beim Production Test wird eigentlich nur im Schnelldurchlauf entschieden ob es sich lohnt das Die ins Gehäuse zu packen. Da fährt man nicht von 0°C is 100°C ab inkl. Einschwingzeit. Das ist ja nur eine Diodenstrecke die zur Messung benutzt wird und kein PT100.

Ingo L. schrieb:

Die internen Temperatursensoren der Controller sind eigentlich nur dazu da um abzuschätzen ob der Controller in Flammen steht oder eingefroren ist.

Unkalibriert ist das so. Man bekommt die auf ein paar Grad genau, mit einer eigenen Kalibrierung, die man im eeprom ablegt. Hat man keine externe Schnittstelle, kann man auch stumpf davon ausgehen das beim ersten Einschalten nach Programmierung die Temperatur X herrscht und die nimmt man als Referenz und korrigiert damit die Werksseitige Kalibrierung. Für vieles genau genug. Je weiter man sich vom Kalibrierpunkt entfernt umso ungenauer wird es.

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Stefan F. Gast #7454880
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Georg M. schrieb:

Etwas stimmt nicht.

Du erwartest maximale Abweichungen, die das Datenblatt nicht verspricht. Ich glaube dir ja gerne, dass dein gemessener ATtiny402 besser ist. Das heißt aber nicht, das alle besser sind. Doch selbst wenn es so wäre, wäre das völlig OK, denn der Hersteller verspricht beim ATtiny824 nichts konkretes. Jeder gelieferte Mikrocontroller darf vom versprochenen typischen Wert beliebig weit abweichen.

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C-hater #7455100
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Michael schrieb:

Es werden nur keine Min / Max Werte über den vollen Arbeitsbereich kontrolliert. Die werkseitig voreingestellten Werte können nicht sehr gut sein. Dazu muss man min ein 2punkt Kalibrierung an zwei weit entfernten Punkten machen, bei konstanter VCC der realen Schaltung.

So ist es. Erklärt aber nicht die extremen Abweichungen beim TO, der ja angeblich in der Nähe von 25°C ambient hantiert.

Da sind die Ergebnisse bei zumindest einigen der neueren AVR8-Typen (also die XMega-Erben) nach meiner Erfahrung typisch deutlich besser. Etwa so im Bereich bis maximal +-2°C (unter Benutzung der werksseitig hinterlegen Kalibrierungswerte). Bei deutlich von 25° abweichendender Temperatur wird der Fehler dann (erwartungsgemäß) tendenziell immer größer. Wobei sich natürlich die Situation ergeben kann, dass er zunächst sogar kleiner wird, dann aber in die entgegen gesetzte Richtung wächst. Hängt halt davon ab, wie bei der Kalibrierung der gemessene Fehler auf die beiden Kalibrierungswerte verteilt wurde.

Wie auch immer, bei 25°C Umgebungstemperatur sollte es jedenfalls schon so halbwegs passend sein. +10°C sind ungewöhnlich. Da stimmt irgendwas nicht. Vermutlich an der Schaltung. Mit einem geeigneten Schaltungsfehler wäre es natürlich recht problemlos möglich, die Die-Temperatur in Sekundenschnelle auf 10° über ambient zu bringen...

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