在开发数字温度测量电路时，必须首先确定在纯机械方面的设计。不过，这里不会考虑这些事项。那么接下来是考虑电热方面事项，在这个方面，需要回答以下问题：
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预期的温度范围是多少?
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需要哪种级别的测量精度?
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使用哪类温度传感器?
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传感器电气特性容差有多大?
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A/D转换器应提供哪种最小比特率?
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传感器的信号采样率必须多高?
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在应用中所有其他无源组件的数值和容差有多大?
确定温度范围和测量精度尤为重要，因为它们决定了后续步骤。例如，这个用例中的温度范围应为+ 25°C至+ 150°C，整体精度必须为±2°C。在这种情况下，可以使用的温度传感器有两种：一种是高灵敏度但非线性的热敏电阻，另一种则是电阻温度装置(RTD)，比如灵敏度较低的线性铂金温度传感器。
选择合适的传感器：不是容易的决定
选择合适的传感器时，确定哪一个传感器可用于达到所需的规格是很重要的。仅仅回答上面列出的每个问题是不够的。由于各种参数表现出复杂的相互作用，即它们彼此影响。通常来说，一个系统的限制因素决定了测量的准确性。如果这是未知的，将剩余参数的容差降低到接近零几乎是没有作用的。例如，如果使用精密热敏电阻的目标是进行精度优于±0.2°C的温度测量，同时使用了简单的8位A/D转换器，就会显着降低热敏电阻的测量精度。反过来也是如此：如果使用中等精度的传感器，24位A/D转换器的应用便没有很大意义了。如果要检测最小的温差，建议使用具有高差分线性度的ADC和校准算法。
另一种实现最精准测量的方法是使用具有线性温度特性的A级铂金传感器(在0°C时为±0.15°C)。然而，其温度系数低于热敏电阻的温度系数，即必须放大测量信号。这需要额外的硬件并带来更多的容差。
显然，这使得组件的选择成为一项复杂的任务，通常需要进行大量的测试。这需要花费时间和金钱。如果可以选择具有一定容差的传感器、A/D转换器精度和其他硬件组件，设置“虚拟样机测试系统”，并且进行的模拟操作可以即时显示可实现的精度，那么这项工作就会更容易、更快捷。这正是基于PSpice的仿真程序，它们大多是免费的，即便它们是模拟仿真软件。由于PSpice及其众所周知的“轻型”版本可以模拟数字温度计的任何过程，如图1所示(尽管看起来与基于RTD的电路相似，但这其实是基于热敏电阻的电路)。
数字温度计的组件
不管你是选择NTC(负温度系数)热敏电阻还是铂金RTD作为温度传感器，这些组件的SPICE模型很容易找到。此外，该电路包含一个由热敏电阻和一个固定电阻组成的分压器，低压电源提供测量电流。在放大并通过适当的ADC进行滤波后，将得到数字化的电压。理想的组件是JRC的新型模拟前端(NJRC9103)，它可以直接连接温度传感器。这款AFE直接提供数字数据，还提供各种用于偏移补偿的校准功能，微处理器利用它来计算温度。
直接瞬态电路仿真(图2)显示了应用的温度曲线、传感器的延迟和斜率响应以及信号的数字化。可以在图中下半部分看到读出温度的时间偏差。为了更容易识别数字化，我们选择了10位的较低A/D转换器分辨率和200ms的长采样时间用于模拟操作。
传感器的特性和容差，如本示例中使用的威世NTCALUG系列10kΩ NTC热敏电阻，以及固定电阻，可以使用Spice轻松模拟。借助模拟行为建模电压源，执行信号的数字化和数字化原始测量数据到温度的转换操作。有趣的是，A/D转换器的位数(n)现在是模拟操作的参数，并且可以在8和24之间变化。采样/保持模块的采样时间(tone)也是可变参数。使用Sigma Delta ADC时，可以省去外部采样/保持，特别是因为温度变化通常发生在100 ms范围内。
在此示例中，10ms采样时间是第一个需要设置的参数。然后可以通过输入8到24位之间的值来确定理想的A/D转换器分辨率。当计算误差函数作为读出温度和热敏电阻温度之差的有效值时，在n>16分辨率下误差不会进一步降低，如图3所示。
或者，也可以优化串联电阻器R1以实现最小误差值。图4说明了Rs串联电阻的误差函数在4.7 kΩ下达到最小值。在SPICE指令中定义ERR(错误)函数用于模拟操作(参见图1)。
在下一步骤中，改变热敏电阻和固定电阻器R1的容差，并且针对每个容差执行基于这些容差的最坏情况分析。图5至图7显示了三种情况：图5显示了NTC的结果，其中dR25/R25 = ±1%，B25/85容差为±0.5％，结合威世的0.5%薄膜TNPW系列扁平芯片电阻器。在这种情况下，测量不确定度从25°C时的±0.4°C增加到在100°C时的±1.5°C。 这项模拟适用于最坏情况。考虑到NTC的R25和B25/85容差以及固定电阻R1，23 = 8示例的容差，白色曲线是参考曲线。图5中的模拟数值显示容差值是均匀分布的，这意味着，相对于彼此的容差，电阻器的选择是适当的。
图6显示，通过将所有电阻容差减半，温度测量不确定度可以减半(热敏电阻为R25 = 0.5% 和 B25/85 = 0.25%，固定电阻则为0.25%)。 然而，这有点过于激进了，因为我们怀疑是否所有电阻供应商都能够保证B25/85值为±0.25％。比如，B25/85系数的常见值是±1.5%。如果使用与图5中相同的数值执行相同的模拟操作，而B容差为±1.5％，可以达到图7中所示结果。由于高温下相对较大的测量误差，它们表明设计不理想。我们还可以清楚地看出，最坏情况分析的容差值结果分布也不理想。
这表明：可以使用相对简单的模拟电路，并按照组件参数将温度测量电路的整体精度可视化，这是进行附加实验以减少开发时间和成本的理想起点。
