TMP114數(shù)字溫度傳感器：高精度與低功耗的完美結(jié)合

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，溫度監(jiān)測(cè)是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。無(wú)論是手機(jī)、筆記本電腦還是固態(tài)驅(qū)動(dòng)器，準(zhǔn)確的溫度測(cè)量對(duì)于設(shè)備的性能和穩(wěn)定性都有著重要的影響。今天，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下德州儀器（TI）推出的TMP114數(shù)字溫度傳感器，看看它是如何在高精度和低功耗之間取得平衡的。

文件下載：tmp114.pdf

一、TMP114的主要特性

1. 高精度測(cè)量

TMP114在不同溫度范圍內(nèi)都能提供出色的精度。在20°C至50°C的范圍內(nèi)，其最大誤差僅為±0.2°C；在–10°C至80°C的范圍內(nèi)，最大誤差為±0.3°C；在–40°C至125°C的范圍內(nèi)，最大誤差為±0.5°C。而TMP114N在–40°C至125°C的范圍內(nèi)，最大誤差為±1°C。這種高精度的測(cè)量能力使得TMP114能夠滿足各種對(duì)溫度精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

2. 低功耗設(shè)計(jì)

對(duì)于電池供電的設(shè)備來(lái)說(shuō)，低功耗是一個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)。TMP114在這方面表現(xiàn)出色，其平均供電電流僅為0.7 μA，關(guān)機(jī)電流更是低至0.16 μA。這種低功耗的設(shè)計(jì)可以大大延長(zhǎng)設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間，減少頻繁充電的麻煩。

3. 寬電源電壓范圍

TMP114的電源電壓范圍為1.08 V至1.98 V，這使得它可以適應(yīng)不同的電源環(huán)境。同時(shí)，它的1.2-V兼容邏輯輸入獨(dú)立于電源電壓，這意味著它可以與1.2 V或1.8 V的I2C總線配合使用，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。

4. 其他特性

TMP114還具有許多其他實(shí)用的特性，如16位分辨率（0.0078°C/LSB）、50-ns尖峰濾波器、可選的循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）、可調(diào)平均、可調(diào)轉(zhuǎn)換時(shí)間和周期、連續(xù)或單次轉(zhuǎn)換模式、帶滯后的溫度警報(bào)狀態(tài)以及NIST可追溯性等。這些特性使得TMP114在溫度測(cè)量領(lǐng)域具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

二、TMP114的應(yīng)用場(chǎng)景

由于TMP114具有高精度、低功耗和小尺寸等優(yōu)點(diǎn)，它在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

1. 移動(dòng)設(shè)備

在手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備中，TMP114可以用于監(jiān)測(cè)電池溫度、處理器溫度等，以確保設(shè)備的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 存儲(chǔ)設(shè)備

在固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD）中，TMP114可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)器的溫度，防止因過(guò)熱而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或設(shè)備損壞。

3. 可穿戴設(shè)備

在智能手表、健身追蹤器等可穿戴設(shè)備中，TMP114的低功耗和小尺寸特性使其成為理想的溫度傳感器選擇。

4. 其他設(shè)備

TMP114還可以應(yīng)用于機(jī)頂盒、筆記本電腦、IP攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備中，為這些設(shè)備提供準(zhǔn)確的溫度測(cè)量功能。

三、TMP114的詳細(xì)描述

1. 功能框圖

TMP114的功能框圖顯示了它的主要組成部分，包括振蕩器、I/O緩沖器、數(shù)字核心、寄存器組、內(nèi)部熱BJT傳感器電路、溫度ADC等。這些部件協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了溫度的精確測(cè)量和數(shù)據(jù)的傳輸。

2. 特性描述

1.2 V兼容邏輯輸入

TMP114的SCL和SDA引腳具有靜態(tài)輸入閾值，獨(dú)立于電源電壓。這使得它可以在任何支持的電源電壓下與1.2 V或1.8 V的I2C總線配合使用，提高了系統(tǒng)的兼容性。

循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）

TMP114實(shí)現(xiàn)了可選的CRC功能，使用8位多項(xiàng)式進(jìn)行校驗(yàn)，以提高數(shù)據(jù)完整性和通信魯棒性。默認(rèn)情況下，該功能是禁用的，可以通過(guò)設(shè)置配置寄存器中的CRC_EN位來(lái)啟用。

溫度限制

TMP114包含一個(gè)板載溫度限制警告功能。在每次完成轉(zhuǎn)換后，它會(huì)將結(jié)果與低限寄存器和高限寄存器中存儲(chǔ)的限制進(jìn)行比較。當(dāng)結(jié)果超過(guò)高限寄存器的值時(shí)，相應(yīng)的狀態(tài)位和標(biāo)志位會(huì)被設(shè)置。

斜率速率警告

斜率速率警告是一個(gè)可通過(guò)斜率限制寄存器進(jìn)行調(diào)整的警報(bào)選項(xiàng)。它可以通知系統(tǒng)溫度的快速變化，使系統(tǒng)能夠在達(dá)到熱操作限制之前做出反應(yīng)，從而提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

NIST可追溯性

TMP114的溫度測(cè)試精度通過(guò)符合ISO/IEC 17025政策和程序的認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)的設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證。每個(gè)設(shè)備都經(jīng)過(guò)測(cè)試和調(diào)整，以符合其相應(yīng)的數(shù)據(jù)表規(guī)格限制。

四、TMP114的設(shè)備功能模式

1. 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式

當(dāng)配置寄存器中的Mode位設(shè)置為0b時(shí)，設(shè)備進(jìn)入連續(xù)轉(zhuǎn)換模式。在這種模式下，設(shè)備可以進(jìn)行多次轉(zhuǎn)換，并在每次活動(dòng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)更新溫度結(jié)果寄存器和警報(bào)狀態(tài)寄存器中的Data_Ready_Flag。

2. 關(guān)機(jī)模式

當(dāng)配置寄存器中的Mode位設(shè)置為1b時(shí)，設(shè)備立即進(jìn)入低功耗關(guān)機(jī)模式。在這種模式下，設(shè)備會(huì)關(guān)閉所有活動(dòng)電路，典型功耗僅為0.16 μA。關(guān)機(jī)模式可以與單次轉(zhuǎn)換功能結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)按需溫度測(cè)量。

五、TMP114的編程

1. 溫度數(shù)據(jù)格式

TMP114的溫度數(shù)據(jù)以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示，最低有效位（LSB）等于0.0078125°C。溫度輸出范圍為–256°C至255°C。

2. I2C和SMBus接口

TMP114具有標(biāo)準(zhǔn)的雙向I2C接口，通過(guò)控制器設(shè)備進(jìn)行配置和讀取狀態(tài)。每個(gè)I2C總線上的目標(biāo)設(shè)備都有一個(gè)特定的設(shè)備地址，以區(qū)分其他目標(biāo)設(shè)備。TMP114支持高達(dá)1 MHz的傳輸數(shù)據(jù)速率，并包含50-ns的毛刺抑制濾波器，允許它在I3C混合總線上共存。

3. 設(shè)備地址

TMP114有多個(gè)版本，每個(gè)版本都有不同的目標(biāo)地址。這些地址用于在I2C總線上識(shí)別設(shè)備。

4. 總線事務(wù)

數(shù)據(jù)通過(guò)讀寫(xiě)目標(biāo)設(shè)備的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收。TMP114支持自動(dòng)遞增功能，允許控制器在一次事務(wù)中讀寫(xiě)多個(gè)寄存器，提高通信速度。

六、TMP114的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)

1. 應(yīng)用信息

TMP114可以通過(guò)兩線I2C或SMBus兼容接口進(jìn)行操作，并且能夠在1.2-V總線電壓下工作，無(wú)論VDD電壓如何。它的超低z高度（0.15 mm）設(shè)計(jì)使其適用于低間隙和空間受限的應(yīng)用。

2. 獨(dú)立I2C上拉和電源應(yīng)用

在這種應(yīng)用中，TMP114的SDA和SCL引腳電壓可以高于VDD引腳電壓，無(wú)需電源排序。TMP114可以在默認(rèn)的250 ms間隔內(nèi)轉(zhuǎn)換溫度，轉(zhuǎn)換周期可在6.4 ms至2 s之間調(diào)整。

3. 相等I2C上拉和電源電壓應(yīng)用

在這種應(yīng)用中，TMP114的SDA和SCL引腳電壓可以與電源電壓VDD相同，并且上拉電壓不會(huì)影響其精度。

4. 電源供應(yīng)建議

TMP114的電源供應(yīng)范圍為1.08 V至1.98 V，需要一個(gè)電源旁路電容器以確保正常運(yùn)行。建議將電容器盡可能靠近設(shè)備的電源和接地引腳放置。

5. 布局

TMP114的布局相對(duì)簡(jiǎn)單。應(yīng)將電源旁路電容器盡可能靠近設(shè)備放置，并通過(guò)上拉電阻將開(kāi)漏輸出引腳SDA和I2C時(shí)鐘SCL上拉。

七、總結(jié)

TMP114是一款高性能的數(shù)字溫度傳感器，具有高精度、低功耗、寬電源電壓范圍等優(yōu)點(diǎn)。它的多種特性和功能模式使其適用于各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的功能模式和配置參數(shù)，并注意電源供應(yīng)和布局等方面的問(wèn)題。希望通過(guò)本文的介紹，大家對(duì)TMP114有了更深入的了解，能夠在實(shí)際項(xiàng)目中更好地應(yīng)用這款傳感器。

你在使用TMP114的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？或者你對(duì)TMP114的應(yīng)用有什么獨(dú)特的見(jiàn)解？歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享！