LM90：高精度數(shù)字溫度傳感器的設(shè)計與應(yīng)用

在電子設(shè)備的設(shè)計中，溫度監(jiān)測是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。無論是筆記本電腦、服務(wù)器，還是電子測試設(shè)備，都需要精確的溫度傳感器來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。今天，我們就來深入了解一款由德州儀器（TI）推出的高精度數(shù)字溫度傳感器——LM90。

文件下載：lm90.pdf

一、LM90概述

LM90是一款具有2線系統(tǒng)管理總線（SMBus）串行接口的11位數(shù)字溫度傳感器。它不僅能夠精確測量自身的溫度，還能測量外部設(shè)備（如處理器熱二極管或二極管連接的晶體管）的溫度。只要目標(biāo)芯片上有專用二極管（半導(dǎo)體結(jié)），就可以使用LM90準(zhǔn)確確定任何ASIC的溫度。其遠(yuǎn)程傳感器精度可達(dá)±3°C，并且針對移動奔騰III熱二極管的典型非理想因子1.008進行了工廠校準(zhǔn)。

二、關(guān)鍵特性

2.1 溫度感知能力

• 遠(yuǎn)程溫度感知：能夠準(zhǔn)確感知遠(yuǎn)程IC或二極管結(jié)的芯片溫度，通過偏移寄存器可以精確測量各種熱二極管。
• 本地溫度感知：具備板載本地溫度傳感功能。

2.2 高精度與高分辨率

• 遠(yuǎn)程溫度數(shù)據(jù)格式：采用10位加符號的遠(yuǎn)程二極管溫度數(shù)據(jù)格式，分辨率為0.125°C。
• 本地溫度數(shù)據(jù)格式：本地二極管測量分辨率為8位，分辨率為1°C。

2.3 故障檢測與報警功能

• 二極管故障檢測：配備二極管故障檢測電路，能夠檢測遠(yuǎn)程二極管的故障情況。
• T_CRIT_A輸出：可用于系統(tǒng)關(guān)機，當(dāng)任何溫度超過T_CRIT編程極限時激活，且開路二極管不會激活T_CRIT_A。
• ALERT輸出：支持SMBus 2.0協(xié)議，當(dāng)溫度超出預(yù)設(shè)范圍時觸發(fā)報警。

2.4 接口與封裝

• SMBus 2.0兼容接口：支持超時功能，方便與其他設(shè)備進行通信。
• 8引腳VSSOP封裝：體積小巧，適合各種應(yīng)用場景。

三、技術(shù)參數(shù)

3.1 供電參數(shù)

• 供電電壓：3.0V - 3.6V
• 供電電流：典型值為0.8mA

3.2 溫度精度

• 本地溫度精度：在TA = 25°C至125°C范圍內(nèi)，最大誤差為±4.0°C（包括量化誤差）。
• 遠(yuǎn)程二極管溫度精度：在TA = 30°C至50°C，TD = 60°C至100°C范圍內(nèi)，最大誤差為±3.0°C；在TA = 0°C至85°C，TD = 25°C至125°C范圍內(nèi)，最大誤差為±4.0°C（包括量化誤差）。

四、功能描述

4.1 溫度轉(zhuǎn)換

LM90采用基于delta VBE的溫度傳感器和10位加符號的ADC（Delta - Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器），大約需要31.25ms來轉(zhuǎn)換本地溫度（LT）、遠(yuǎn)程溫度（RT）并更新所有寄存器。轉(zhuǎn)換速率可以通過轉(zhuǎn)換速率寄存器（04h）進行修改。

4.2 報警輸出

• ALERT輸出：有三種使用方式，分別作為溫度比較器、溫度中斷標(biāo)志和SMBus ALERT系統(tǒng)的一部分。當(dāng)溫度超出預(yù)設(shè)范圍時，ALERT輸出被觸發(fā)，具體的復(fù)位方式取決于所選的使用方法。
• T_CRIT_A輸出：當(dāng)任何溫度讀數(shù)大于臨界溫度設(shè)定點寄存器（T_CRIT）中的預(yù)設(shè)極限時，T_CRIT_A被激活。

4.3 寄存器配置

LM90有多個寄存器，包括命令寄存器、溫度寄存器、狀態(tài)寄存器、配置寄存器等。通過這些寄存器，可以實現(xiàn)對溫度測量、報警設(shè)置、轉(zhuǎn)換速率等功能的配置。

五、應(yīng)用提示

5.1 溫度測量

• 本地溫度測量：LM90的溫度與印刷電路板焊盤和走線的溫度相關(guān)，當(dāng)環(huán)境空氣溫度與電路板表面溫度接近時，LM90的溫度近似為電路板的溫度。
• 遠(yuǎn)程溫度測量：使用遠(yuǎn)程二極管可以測量LM90芯片外部的溫度，二極管可以位于目標(biāo)IC的芯片上，也可以使用離散二極管來測量外部物體或環(huán)境空氣的溫度。

5.2 二極管非理想性補償

由于二極管的非理想因子會影響溫度測量的準(zhǔn)確性，LM90針對移動奔騰III處理器的非理想因子進行了校準(zhǔn)。當(dāng)使用不同處理器或二極管的非理想因子偏離典型值時，可以通過偏移寄存器（11h和12h）來補償溫度誤差。

5.3 PCB布局

在PCB布局時，需要注意以下幾點以減少噪聲對溫度測量的影響：

• 靠近VDD引腳放置0.1μF的電源旁路電容，靠近D+和D?引腳放置2.2nF的二極管旁路電容，并確保連接電容的走線匹配。
• 將LM90放置在距離處理器二極管引腳10cm以內(nèi)，走線盡量直、短且相同。
• 二極管走線周圍設(shè)置接地保護環(huán)，避免與電源開關(guān)、濾波電感、高速數(shù)字和總線線路靠近或平行。

六、總結(jié)

LM90是一款功能強大、精度高的數(shù)字溫度傳感器，適用于各種需要溫度監(jiān)測的應(yīng)用場景。通過合理的配置和布局，可以充分發(fā)揮其性能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，選擇合適的使用方式和參數(shù)設(shè)置，以達(dá)到最佳的溫度監(jiān)測效果。 你在使用LM90過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。