深入解析LM86：高精度數(shù)字溫度傳感器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，溫度監(jiān)測(cè)與控制是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。無論是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的熱管理，還是電子測(cè)試設(shè)備、辦公電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，都離不開精確可靠的溫度傳感器。今天，我們就來深入探討一款性能卓越的數(shù)字溫度傳感器——LM86。

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一、LM86概述

LM86是德州儀器（Texas Instruments）推出的一款11位數(shù)字溫度傳感器，它采用2線制系統(tǒng)管理總線（SMBus）串行接口，不僅能精確測(cè)量自身溫度，還能測(cè)量外部設(shè)備（如處理器熱二極管或二極管連接晶體管）的溫度。其遠(yuǎn)程傳感器精度可達(dá)±0.75°C，為各種應(yīng)用場(chǎng)景提供了高精度的溫度測(cè)量解決方案。

（一）產(chǎn)品特性

1. 高精度溫度測(cè)量：能夠精確感應(yīng)遠(yuǎn)程IC或二極管結(jié)的芯片溫度，內(nèi)置的偏移寄存器可對(duì)各種熱二極管進(jìn)行精確測(cè)量。同時(shí)，具備板載本地溫度傳感功能，遠(yuǎn)程二極管溫度數(shù)據(jù)采用10位加符號(hào)格式，分辨率高達(dá)0.125°C。
2. 豐富的輸出功能：T_CRIT_A輸出可用于系統(tǒng)關(guān)機(jī)，當(dāng)溫度超過臨界值時(shí)，能及時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制；ALERT輸出支持SMBus 2.0協(xié)議，可作為溫度比較器、溫度中斷標(biāo)志或SMBus ALERT系統(tǒng)的一部分，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了多種選擇。
3. 兼容SMBus 2.0接口：支持TIMEOUT功能，確保通信的穩(wěn)定性和可靠性。此外，該傳感器采用8引腳VSSOP和SOIC封裝，體積小巧，便于集成到各種電路板中。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

LM86的應(yīng)用十分廣泛，主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)熱管理（如筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)、工作站、服務(wù)器等）、電子測(cè)試設(shè)備以及辦公電子設(shè)備等。在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，LM86能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

二、關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

（一）電源參數(shù)

LM86的供電電壓范圍為3.0V至3.6V，典型供電電流為0.8mA。在實(shí)際應(yīng)用中，需確保電源電壓穩(wěn)定，以保證傳感器的正常工作。

（二）溫度精度

• 本地溫度精度：在環(huán)境溫度TA為25°C至125°C時(shí)，最大誤差為±3.0°C（包含量化誤差）。
• 遠(yuǎn)程二極管溫度精度：在不同的環(huán)境溫度和遠(yuǎn)程二極管結(jié)溫度條件下，精度有所不同。例如，當(dāng)TA = 30°C，TD = 80°C時(shí)，最大誤差為±0.75°C；當(dāng)TA為30°C至50°C，TD為60°C至100°C時(shí)，最大誤差為±1.0°C；當(dāng)TA為0°C至85°C，TD為25°C至125°C時(shí)，最大誤差為±3.0°C。

（三）其他參數(shù)

• 測(cè)量分辨率：遠(yuǎn)程二極管測(cè)量分辨率為11位，分辨率為0.125°C；本地二極管測(cè)量分辨率為8位，分辨率為1°C。
• 轉(zhuǎn)換時(shí)間：在最快設(shè)置下，所有溫度的轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為34.4ms。
• 靜態(tài)電流：SMBus不活動(dòng)且轉(zhuǎn)換速率為16Hz時(shí)，靜態(tài)電流最大為1.7mA；關(guān)機(jī)時(shí)，靜態(tài)電流為315μA。

三、功能描述

（一）溫度測(cè)量原理

LM86采用基于delta VBE的溫度傳感器和10位加符號(hào)ADC（Delta - Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器），通過本地或遠(yuǎn)程二極管進(jìn)行溫度測(cè)量。數(shù)字比較器將測(cè)量得到的本地溫度和遠(yuǎn)程溫度分別與用戶可編程的溫度限制寄存器進(jìn)行比較，當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)的上限或下限值時(shí)，相應(yīng)的輸出引腳將被激活。

（二）ALERT輸出功能

ALERT輸出是一個(gè)低電平有效、開漏輸出的引腳，可根據(jù)不同的使用方式發(fā)揮不同的作用。

• 作為溫度比較器：當(dāng)溫度超過T_CRIT或HIGH限制寄存器的預(yù)設(shè)值，或低于LOW限制寄存器的預(yù)設(shè)值時(shí)，ALERT輸出將被拉低。當(dāng)觸發(fā)條件消失后，ALERT輸出將恢復(fù)高電平，無需軟件干預(yù)。
• 作為中斷信號(hào)：當(dāng)用于觸發(fā)中斷服務(wù)程序時(shí)，在讀取狀態(tài)寄存器時(shí)，如果狀態(tài)寄存器中的任何位被置位（除Busy和OPEN位外），LM86將設(shè)置ALERT屏蔽位，以防止在中斷服務(wù)程序完成之前再次觸發(fā)ALERT。
• 作為SMBus ALERT：當(dāng)ALERT輸出連接到其他SMBus兼容設(shè)備的ALERT輸出和主設(shè)備時(shí)，可組成SMBus警報(bào)線。在這種情況下，LM86應(yīng)使用ARA（警報(bào)響應(yīng)地址）協(xié)議，以協(xié)助主設(shè)備識(shí)別觸發(fā)中斷的設(shè)備。

（三）T_CRIT_A輸出和T_CRIT限制

T_CRIT_A輸出是一個(gè)真正的比較器，帶有內(nèi)置的滯后功能。當(dāng)溫度超過T_CRIT設(shè)定點(diǎn)時(shí)，T_CRIT_A輸出將被激活；當(dāng)溫度低于T_CRIT - TH（滯后值）時(shí)，T_CRIT_A輸出將恢復(fù)低電平。通過讀取狀態(tài)寄存器，可以確定是哪個(gè)溫度讀數(shù)超過了T_CRIT設(shè)定點(diǎn)，從而觸發(fā)了警報(bào)。

四、應(yīng)用提示

（一）溫度測(cè)量方法

• 本地溫度測(cè)量：LM86的溫度主要受電路板溫度的影響，因?yàn)槠渲饕獰醾鲗?dǎo)路徑是通過引腳。在測(cè)量時(shí)，需確保環(huán)境空氣溫度與電路板表面溫度相近，以獲得更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。
• 遠(yuǎn)程溫度測(cè)量：使用遠(yuǎn)程二極管可測(cè)量LM86芯片外部的溫度。該二極管可以位于目標(biāo)IC的芯片上，實(shí)現(xiàn)對(duì)IC溫度的獨(dú)立測(cè)量。LM86已針對(duì)奔騰III處理器的遠(yuǎn)程二極管進(jìn)行了優(yōu)化，也可使用分立二極管來感應(yīng)外部物體或環(huán)境空氣的溫度。

（二）二極管非理想性補(bǔ)償

大多數(shù)硅二極管在溫度測(cè)量應(yīng)用中存在非理想性問題，這會(huì)影響測(cè)量精度。LM86的遠(yuǎn)程溫度測(cè)量精度受二極管非理想性因子的影響，不同處理器的二極管非理想性因子有所不同。為了補(bǔ)償這種誤差，可使用偏移寄存器（11h和12h）在特定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行修正。同時(shí)，建議使用2N3904晶體管的基極 - 發(fā)射極結(jié)作為遠(yuǎn)程二極管，以近似奔騰III微處理器的溫度測(cè)量結(jié)。

（三）PCB布局注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，需特別注意布局，以減少噪聲對(duì)溫度測(cè)量的影響。具體建議如下：

• 電容放置：在VDD引腳附近放置0.1μF的電源旁路電容，在D +和D -引腳附近放置2.2nF的二極管旁路電容，并確保連接電容的走線匹配。
• 傳感器位置：將LM86放置在距離處理器二極管引腳10cm以內(nèi)的位置，走線應(yīng)盡可能直、短且相同。走線電阻每增加1Ω，可能會(huì)導(dǎo)致溫度測(cè)量誤差增加1°C，可使用遠(yuǎn)程溫度偏移寄存器進(jìn)行補(bǔ)償。
• 屏蔽與隔離：在二極管走線周圍設(shè)置接地保護(hù)環(huán)，避免與電源開關(guān)或?yàn)V波電感、高速數(shù)字和總線線路靠近或平行。如果必須交叉，應(yīng)使二極管走線與高速數(shù)字走線成90度角。
• 接地連接：將LM86的GND引腳盡可能靠近處理器的感測(cè)二極管接地端連接，以減少接地噪聲的影響。

五、總結(jié)

LM86作為一款高精度、多功能的數(shù)字溫度傳感器，在溫度測(cè)量和熱管理領(lǐng)域具有出色的表現(xiàn)。其豐富的功能和特性，使其適用于各種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需根據(jù)具體需求，合理選擇傳感器的工作模式和參數(shù)，并注意PCB布局和二極管非理想性補(bǔ)償?shù)葐栴}，以充分發(fā)揮LM86的性能優(yōu)勢(shì)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用LM86或其他溫度傳感器時(shí)，遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。