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ZHCAFX9 August 2025 HDC1010 , HDC1080 , HDC2010 , HDC2021 , HDC2022 , HDC2080 , HDC3020 , HDC3020-Q1 , HDC3021 , HDC3021-Q1 , HDC3022 , HDC3022-Q1 , HDC3120

3.1 HDC3120

HDC3120 是德州儀器 (TI) 具有模擬比例式輸出的首款濕度傳感器。HDC3120 提供與溫度和相對濕度對應(yīng)的連續(xù)電壓信號，因此設(shè)計(jì)得非常適合低噪聲模擬前端系統(tǒng)。

與需要通信協(xié)議的數(shù)字傳感器不同，HDC3120 允許直接訪問傳感器輸出，無需寫入 I2C 命令或配置寄存器。這簡化了在已有模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的系統(tǒng)中的集成。

要解讀輸出信號，用戶可以應(yīng)用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換公式（如下提供），將電壓電平轉(zhuǎn)換為溫度（°C）和相對濕度 (%RH)。

HDC3120 的一個(gè)重要特性是比例式行為。溫度和濕度的輸出電壓隨器件的電源電壓 (VDD) 線性調(diào)整，后者也用作內(nèi)部基準(zhǔn)。該設(shè)計(jì)提供電源噪聲和漂移抗擾，可實(shí)現(xiàn)可靠的測量。以下溫度和濕度輸出曲線圖顯示了該關(guān)系。

圖 3-1 比例式溫度輸出曲線和轉(zhuǎn)換公式

方程式 2.

T (° C) = 218.75 \times \frac{V_{O U T}}{V_{D D}} - 66.875

圖 3-2 比例式相對濕度輸出曲線和轉(zhuǎn)換公式

方程式 3.

% R H = 125 \times \frac{V_{O U T}}{V_{D D}} - 12.3

了解 HDC3120 輸出的比例式性質(zhì)至關(guān)重要——尤其是在連接 ADC時(shí)，因?yàn)閭鞲衅鞯妮敵鲭妷号c電源電壓 (VDD) 成正比。如果所選 ADC 也使用其電源作為參考，則在電壓電源內(nèi)出現(xiàn)噪聲或漂移時(shí)，可以保持測量一致性。這種對齊方式可消除增益不匹配問題，并有助于保持傳感器讀數(shù)一致。

如何為 HDC3120 選擇 ADC：

圖 3-3 HDC3120 至 ADC

表 3-1 為 HDC3120 提供了一些 ADC：

表 3-1 HDC3120 的 ADC

ADC	分辨率	比例式	汽車級	電源電壓范圍	何時(shí)選擇
ADS7142	12 位	是	Q100	1.65-3.6V	集成超出系統(tǒng)限制時(shí)的警報(bào)功能；最多兩個(gè)單端輸入
ADS7138	12 位	是	Q100	2.35V 至 5.5V	通過 GPIO 引腳進(jìn)行加熱器/使能控制；最多八個(gè)單端輸入
ADS7066	16 位	是	—	3V-5.5V	通過 GPIO 引腳進(jìn)行加熱器/使能控制；最多八個(gè)單端輸入
ADS1015	12 位	否	Q100	2V-5.5V	可編程增益放大器 (PGA) 可實(shí)現(xiàn)更寬的輸入電壓范圍；最多四個(gè)單端輸入

在為 HDC3120 選擇 ADC 時(shí)，必須考慮以下過程。

確定 ADC 的最低有效位 (LSB)
計(jì)算 HDC3120 溫度 LSB
計(jì)算 HDC3120 的濕度 LSB
比較 LSB 值

選擇小于 HDC3120 溫度 LSB 的 ADC LSB。但是，濕度 LSB 可以使用相同的考慮因素，因?yàn)?HDC3120 的溫度傳感器具有更高的精度，所以可使用它來確定 ADC 所需的最小 LSB。

重要：

ADS1015 無法執(zhí)行比例式測量，因?yàn)樗挥幸粋€(gè)內(nèi)部基準(zhǔn)，不提供外部基準(zhǔn)的選項(xiàng)。此外，需要使用以下公式求解 LSB：

方程式 4.

L S B = \frac{F S R}{2^{n}}; F S R_{A D S 1015} = \frac{2 \times V_{R E F}}{g a i n}

其中 FSR（滿標(biāo)量程）表示比例因子和 $V_{R E F}$ 是 ADC 的參考電壓。如果是 ADS1015，使用 ADS1015 數(shù)據(jù)表中的表 7-1 通過設(shè)置可編程增益放大器 (PGA) 來確定增益。

有關(guān)將 HDC3120 與 ADC 配對的其他信息，請參閱 HDC3120 數(shù)據(jù)表中的第 8.2.2 節(jié)。

示例場景：

在本示例中，BOOSTXL-ADS7142-Q1 EVM 與 HDC3120EVM 配對。兩個(gè)器件均使用相同的 3.3V 電源。從此處，可以使用上述步驟比較兩個(gè)器件的 LSB：

使用以下公式確定 ADC 的最低有效位 (LSB)：
方程式 5. $\frac{F S R}{R e s o l u t i o n} = L S B_{A D C}$
1. 由于工作電壓為 3.3V 且 ADC 具有 12 位分辨率，所以 LSB 為：
方程式 6. $\frac{3.3 V}{2^{12}} = 0.805 m V$
使用以下公式計(jì)算 HDC3120 的溫度 LSB：
方程式 7. $V_{T E M P} = V_{D D} \times [T (° C) \times 4.571 \frac{m V}{° C}]$
方程式 8. $T e m p_{L S B} = 3.3 V \times [(0.1) \times 4.571 \frac{m V}{℃}] = 1.508 m V / ° C$
重要：
溫度值 (T(°C)) 為 0.1，反映 HDC3120 的典型溫度檢測精度。
使用方程式 9 計(jì)算 HDC3120 的濕度 LSB：
方程式 9. $V_{R H} = V_{D D} \times [(% R H) \times 8 \frac{m V}{% R H}]$
方程式 10. $R H_{L S B} = 3.3 V \times [(1.0) \times 8 \frac{m V}{% R H}] = 26.4 m V / % R H$
重要：
濕度值 (%RH) 為 1.0，反映 HDC3120 的典型濕度檢測精度。
比較 LSB 值
1. 由于在 3.3V 下 HDC3120 的溫度 LSB 大小為 1.508mV，而 ADS7142 的 LSB 為 0.805mV；這意味著用戶保留至少 1°C 的測量精度。如果需要更高的精度，例如 0.5°C，則應(yīng)使用 ADS7066 等分辨率更高的 ADC。

在此示例設(shè)置中，HDC3120EVM 已連接到 BOOSTXL-ADS7142-Q1 EVM。兩個(gè)器件共用同一個(gè) VDD 電源導(dǎo)軌。設(shè)置過程如下文所示：

使用跳線將 HDC3120EVM 的 TEMP 輸出連接到 BOOSTXL-ADS7142-Q1 EVM BoosterPack? 上的 AIN0 輸入，如圖 3-4 所示。
圖 3-4 HDC3120EVM 輸出
圖 3-5 BOOSTXL-ADS7142-Q1 EVM BoosterPack? 引腳連接位置
將 HDC3120EVM 的 RH 輸出連接到 BOOSTXL-ADS7142-Q1 EVM BoosterPack? 上的 AIN1。
啟動 ADS7142EVM GUI 并導(dǎo)航到主頁。
點(diǎn)擊齒輪圖標(biāo)以訪問配置菜單，然后在“命令模式”下選擇“I2C 命令模式”。
從操作模式下拉菜單中選擇自動 SEQ 模式，然后點(diǎn)擊紅色設(shè)置按鈕。
配置完后，點(diǎn)擊啟動序列，開始以 12 位十進(jìn)制格式捕獲測量值。

注：以下用于轉(zhuǎn)換 HDC3120 溫度和濕度輸出的公式專為采用 12 位 BOOSTXL-ADS7142-Q1 EVM 的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

為了解讀結(jié)果，用戶可以應(yīng)用 HDC3120 的轉(zhuǎn)換公式。方程式 11 和方程式 12 顯示了通過 HDC3120 轉(zhuǎn)換公式重新解讀比率。方程式 13 提供了變量的其他定義。

方程式 11.

\frac{V_{R H}}{V_{D D}} = \frac{R H_{A D C}}{2^{12}}

方程式 12.

\frac{V_{T E M P}}{V_{D D}} = \frac{T E M P_{A D C}}{2^{12}}

方程式 13.

T E M P_{ADC} \to HDC 3120 to ADC temperature decimal output R H_{ADC} \to HDC 3120 to ADC relative humidity decimal output 2^{12} \to represents the 12 - bit resolution of the ADC outputs

注：由于本示例的接線配置，引腳 AIN0（溫度）代表 GUI 中的通道 0，而引腳 AIN1（濕度）代表通道 1。確保兩者都打開以接收輸出數(shù)據(jù)。

圖 3-6 HDC3120 的溫度和濕度測量圖。通道 0（上圖）表示溫度讀數(shù)，而通道 1（下圖）表示濕度讀數(shù)。每個(gè)通道的“最新數(shù)據(jù)”旁邊提供了最新數(shù)據(jù)。圖中的曲線表示大約 3 秒的間隔，其中 HDC3120 加熱器在通過 HDC3120EVM 上的加熱器使能開關(guān)禁用之前使能了三秒。因此，每次使能加熱器時(shí)，都會觀察到溫度峰值，而在器件因加熱而干燥時(shí)觀察到濕度谷值（與峰值相反）（這是具有集成加熱元件的濕度傳感器中的正?，F(xiàn)象）。

圖 3-6 使用 BOOSTXL-ADS7142-Q1 EVM 進(jìn)行 HDC3120 輸出解讀

下面的計(jì)算利用最近收集的溫度和濕度數(shù)據(jù)點(diǎn)。

溫度：

ADC 溫度輸出（通道 0）：1725

HDC3120 至 ADS7142 溫度轉(zhuǎn)換公式：

方程式 14.

T (° C) = - 66.875 + 218.75 \times (\frac{V_{T E M P}}{V_{D D}}) = - 66.875 + 218.75 \times (\frac{T E M P_{A D C}}{2^{12}})

方程式 15.

T (° F) = - 88.375 + 393.75 \times (\frac{V_{T E M P}}{V_{D D}}) = - 88.375 + 393.75 \times (\frac{T E M P_{A D C}}{2^{12}})

使用方程式 14，轉(zhuǎn)換的溫度結(jié)果為：25.2°C

濕度：

ADC 濕度輸出（通道 1）：1833

HDC3120 至 ADS7142 濕度轉(zhuǎn)換公式：

方程式 16.

% RH ? = - 12.5 + 125 \times (\frac{V_{R H}}{V_{D D}}) = - 12.5 + 125 \times (\frac{R H_{A D C}}{2^{12}})

使用方程式 16，轉(zhuǎn)換的濕度結(jié)果為：43.4%RH