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1 芯片介紹 ADM1023是一種雙通道數字型溫度測量及報警集成電路。它以基底型三極管如2N3904（2N3906）等低價分立型三極管為傳感器來對微處理器的溫度進行測量。這樣可有效地消除三極管基極和發射極之間的電壓差值以提高測量精度。對于本地溫度通道，ADM1023的測量精度與分辨率均為1℃。而對于外部溫度通道，ADM1023的測量精度為1℃，而分辨率則高達0．125℃。從而可使系統設計師有效地減小溫度隔護帶以改善系統性能。ADM1023采用雙線系統總線（SMBus）結構，并支持SMBus標準。它的上下溫度限可通過串行總線編入芯片。ADM1023采用16腳QSOP封裝形式，它具有200μA的最大工作電流、1μA維持電流和3V～5V工作電壓等特點。它已被廣泛應用于臺式電腦、筆記本電腦、遠程通訊設備、工業控制器和精密儀器等需要溫度控制的系統中。ADM1023的內部結構如圖1所示。 2 主要參數及引腳功能 2．1 主要參數 ADM1023的主要參數如下： ●本地溫度誤差：－1．5～＋1．5℃； ●外部溫度誤差：－1～＋1℃； ●引腳偏置電流：50μA； ●供電電源：3～3．6V； ●復位電壓閾值：0．9～2．2V； ●轉換時間：65～70ms； ●邏輯輸入電流，IIH，IIL：－1～＋1μA； ●SMbus低電平時間：4．7μs； ●SMbus高電平時間：4μs； ●SMbus時鐘頻率：100kHz。 2．2 引腳功能 ADM1023采用16腳SQP雙列封裝，圖2為其引腳排列圖，各引腳的功能如下： NC（1，5，9，13，16）：不連接； VDD（2）：接正電壓3～5V； D＋（3）：連接外部溫度傳感器正端； D－（4）：連接外部溫度傳感器負端； ADD1（6）：芯片高位地址，具有0、1和NC三態輸入門； GND（7，8）：接地端； ADD0（10）：芯片低位地址，具有三態輸入門； SDATA（12）：SMBus串行數據口； SCLK（14）：SMBus串行時鐘口； 3工作原理 3．1 工作原理 ADM1023內部含有一個雙通道A／D轉換器（ADC）。該ADC的輸入信號調整裝置使其可以同時適用于本地及外部兩種溫度傳感器。在正常工作時，ADC處于一種自主運行模式，通過模擬輸入多路復用器可以選擇性地采集片上及外部溫度。采集到的模擬信號將被ADC數字化，其結果將被保存在本地溫度寄存器和外部溫度寄存器中。對于本地溫度值，ADM023只保留其8位最高有效位（MSB）；而對外部溫度值，芯片將以11位二進制形式保存，其中8位MSB被存放在位于01h的外部溫度值寄存器中，3個低位有效位（LSB）以左對齊形式存放于位于10h的外部溫度值寄存器中。 為減少PCB電路板電阻和時鐘噪音等誤差源給外部溫度通道測量值帶來的誤差，ADM1023芯片采用了兩個偏值寄存器（分別位于11h和12h）。其偏移值以11位二進制形式存放于其中。測得的外部溫度值將自動地加上或減去該值。在此過程后，其結果將與外部溫度的上下極限值（以11位二進制形式存貯在芯片上的6個溫度極限值寄存器中）進行比較。一旦測量值超出范圍，位于狀態寄存器中的標志位將會發生相應的變化，進而使 正常啟動狀態下，芯片的外部與本地溫度默認值為－128℃。開始工作后，測量值在與極限值比較前會先存儲。但如果芯片處在等待模式下，新溫度值將不會在比較前被寫入存儲器，而會產生一個 （1）將本地與外部溫度下限調整到－128℃，然后讀狀態寄存器； （2）如果測量值在溫度范圍內，可先退出等待模式，然后讀狀態寄存器。 3．2 測量方法 按傳統方法，測量溫度值可通過處于恒流狀態下的二極管的負溫度系數或三極管基極與射電極電壓來獲得。然而，通過這些方法獲得的溫度值需要通過校正。因為隨著儀器的不同，三極管的VBE也會有不同的固有值。對此，ADM1023采用了一種新技術，該技術通過測量不同集電極電流下VBE的變化量來獲取溫度值。 這種測量是把傳感器的工作電流分別選為I和NI。然后將產生的波形結果通過一個低通濾波器降噪，再經過斬波穩零放大器進行調理與放大。最后將比例放大的VBE直流電壓波形通過一個ADC來對16次測量結果做一個平均。 對于外部溫度傳感器，整個信號調理過程如圖3所示。值得注意的是，如果傳感器在高噪音環境下工作，則應選擇性地加上電容C（典型值2200pF，不得大于3000pF）以起到一定的降噪作用。 4 應用設計 4．1 串行總線接口與地址引腳 主處理機可通過串行總線對ADM1023進行控制。一般而言，每個SMBus器件都有7位器件地址。當主處理機通過總線傳送該器件地址時，它將作出響應。ADM1023有兩個地址引腳ADD0和ADD1，它們可以使幾個ADM1023同時工作于一根總線上，并可防止與其它芯片發生沖突。兩個引腳都可以在三種狀態下工作（NC，0，1），因此它們一共可以提供9種狀態，其具體地址如表1所列。 4．2 串行總線工作流程 主處理器一般通過建立START狀態開始數據的傳輸過程。此狀態可通過在系統時鐘線（SCLK）為高電平時觸發串行數據線（SDATA）下降沿的辦法來獲得。所有與總線相連的從處理機都將響應START狀態并判斷接下來的8位數據（7位地址位和讀／寫位）。與此地址相對應的從芯片將在第9個時鐘脈沖到來前的低電平狀態時將數據線變成低電平。如果讀／寫位為0，主處理機將會對該芯片進行寫操作。反之，將進行讀操作。 數據從第9個時鐘脈沖開始在總線上傳送。它包括8位數據位和1位芯片應答位。在傳送過程中數據線傳送數據的變化只能發生在時鐘信號位為低電平時，而在高電平時則應保持穩定。一次讀寫操作中的數據位數由主處理機和附屬芯片的處理能力決定。 當傳送結束后，芯片會進入等待狀態。在寫模式時，主處理機將會在第10個時鐘脈沖時將數據線變高而進入此狀態。在讀模式時，主處理機將在第9個時鐘脈沖前的低電平狀態時將數據線變高以屏蔽掉應答位。然后，在第10個時鐘脈沖前的低電平狀態時將數據線變低并在進入第10個時鐘脈沖后將它再變高而使芯片進入等待狀態。 ADM1023的一次操作只能是讀操作或寫操作而不能二者兼有。寫操作包括1個或2個字節，讀操作包括1個字節。在進行讀寫操作以前，被操作的數據寄存器地址要寫在地址指針寄存器中。寫操作的第一個字節則應指定操作寄存器在地址指針寄存器中的地址，而第二個字節才是要寫入此寄存器中的數據位。圖4為ADM1023的讀操作時序。 從寄存器中讀數據時，如果在地址指針寄存器中存儲的數值并不是所需要的數據寄存器的值，則需通過上述寫操作的方法對其進行更改，此時沒有數據位。其寫時序如圖5所示。 當溫度值溢出或外部溫度傳感器開路時，芯片將會有一個ALERT輸出。實際應用中可以將幾個 （1） （2）主處理機進行讀操作并輸出報警響應地址 （3） （4）如果多個芯片的 （5）在ADM1023響應ARA后，如果故障排除，其 4．3 低功耗等待 ADM1023可以通過硬件（給 4．4 溫度傳感器自檢 ADM1023在D＋輸入端有一個用來探測外部溫度傳感二極管是否開路的檢測器，它主要用于探測D＋電壓是否超過Vcc－1V（典型值）。每當轉換開始時，芯片都會對檢測器輸出進行檢查并在檢測到錯誤時對狀態寄存器的第2位進行置位。 如果二極管短路造成ADC輸出為－128℃（10000000 000）時，由于可測量最低溫度為0℃，ADM1023會檢測出是一個錯誤狀態，而不是像其他溫度測量芯片那樣認為測得的溫度是0℃。 如果使用中并不需要外部溫度通道工作，可以通過將80h（－128℃）寫入溫度下限寄存器的方法來抑制報警產生。 5 電路連接及注意事項 5．1 注意事項 由于電噪聲和外部溫度傳感器的測量電壓比較微弱以及其它因素的影響，設計時的電路布局應符合以下原則： ●盡量使外部溫度傳感器與ADM1023靠近。考慮到時鐘脈沖發生器、數據／地址總線和CRT的最大噪音等因素，外部溫度傳感器和ADM1023之間的推薦距離為4到8英寸。 ●應使D＋和D－兩腳平行并盡量靠近，且都應擁有一個接地的保險絲。如果可能的話，最好在兩腳下加一個接地面。 ●可使用寬帶來減少噪聲。最小寬帶和間隔以10mm為宜。 ●盡量減少焊點，以防止熱電偶效應。如果有焊點，必須保證它們在D＋與D－兩腳中都存在而且溫度相同。 ●應在VDD引腳加0．1μF旁路電容，并在D＋和D－之間加2200pF的過濾電容。 ●如果外部溫度傳感器必須遠離芯片8英寸以上，則應使用雙絞線連接（可達6～12英尺）。 ●在更遠距離（最高100英尺）時可以用屏蔽雙絞線（如Belden＃8451電纜），并用雙絞線連接D＋和D－，屏蔽接GND。屏蔽的遠端不連接，以防止地循環。因為過長的電纜和過大的電容會影響測量。所以在應用長電纜時，應盡量減少或去除濾波電容。 5．2 應用電路 圖6為一個ADM1023的典型電路連接，它通過屏蔽雙絞線與分立二極管相連。ADM1023的SCLK和SDATA引腳還可以直接同I/O芯片的SMBus相連。圖7為ADM1023與I/O控制器的連接方法。 |
