探索LM84：二極管輸入數(shù)字溫度傳感器的卓越性能與應用

一、引言

在電子設備的設計中，溫度監(jiān)測是至關重要的一環(huán)。合適的溫度傳感器能夠確保設備在安全的溫度范圍內運行，提高設備的穩(wěn)定性和可靠性。LM84作為一款具有獨特功能的二極管輸入數(shù)字溫度傳感器，憑借其出色的性能和廣泛的應用場景，成為了電子工程師們的熱門選擇。本文將深入剖析LM84的特點、技術參數(shù)、工作原理以及應用要點，為電子工程師們提供全面的參考。

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二、LM84概述

2.1 基本功能

LM84是一款集成了遠程二極管溫度傳感器、Delta - Sigma模數(shù)轉換器和數(shù)字過溫檢測器的設備，具備SMBus?接口。它不僅可以感知自身的溫度，還能監(jiān)測帶有二極管結的目標IC（如奔騰II處理器或二極管連接的2N3904）的溫度。當溫度超過可編程比較器限制T_CRIT時，T_CRIT_A中斷輸出將被激活。

2.2 產品特性

• 直接感測遠程IC芯片溫度：能夠直接測量遠程IC的芯片溫度，為設備的溫度監(jiān)測提供了精準的數(shù)據(jù)。
• SMBus兼容接口：支持SMBus超時功能，方便與其他設備進行通信和數(shù)據(jù)傳輸。
• 寄存器回讀能力：可以對寄存器進行回讀，便于工程師進行數(shù)據(jù)的監(jiān)控和分析。
• 7位加符號溫度數(shù)據(jù)格式：采用7位加符號的溫度數(shù)據(jù)格式，能夠準確地表示溫度信息。
• 多地址選擇：通過兩個地址選擇線（ADD0、ADD1），可以選擇多達9個SMBus地址位置，方便多個LM84設備連接到同一總線上。

三、關鍵技術參數(shù)

3.1 電源相關參數(shù)

• 電源電壓：工作電壓范圍為3.0V - 3.6V，確保了在不同電源環(huán)境下的穩(wěn)定運行。
• 電源電流：最大電流為1 mA，功耗較低，適合低功耗應用場景。

3.2 溫度精度

• 本地溫度精度：典型值為±1.0?C，能夠較為準確地測量自身的溫度。
• 遠程二極管溫度精度：在+60?C至+100?C范圍內，最大誤差為±3?C；在0?C至+125?C范圍內，最大誤差為±5?C。

3.3 其他參數(shù)

• 分辨率：8位分辨率，對應1?C的溫度變化，能夠提供較為精細的溫度數(shù)據(jù)。
• 溫度轉換時間：典型值為120 ms，最大為145 ms，能夠快速地完成溫度轉換。

四、工作原理與功能描述

4.1 溫度傳感器與ADC

LM84采用帶隙型溫度傳感器，結合8位ADC（Delta - Sigma模數(shù)轉換器），將模擬溫度信號轉換為數(shù)字信號。通過對本地或遠程二極管的測量，實現(xiàn)對溫度的精確監(jiān)測。

4.2 T_CRIT_A輸出與溫度限制

當本地溫度讀數(shù)超過本地臨界溫度設定點寄存器（LT_CRIT）的預設值，或者遠程溫度讀數(shù)超過遠程臨界溫度設定點寄存器（RT_CRIT）的預設值時，T_CRIT_A輸出將被激活。同時，狀態(tài)寄存器可以用于確定引發(fā)報警的事件。

4.3 電源上電復位默認狀態(tài)

LM84上電后會進入已知的默認狀態(tài)，包括本地溫度和遠程溫度設置為0?C，狀態(tài)寄存器和命令寄存器設置為00h，本地和遠程T_CRIT設置為127?C等。

4.4 SMBus接口

LM84作為SMBus的從設備，SMBCLK線為輸入，SMBData線為雙向傳輸。其7位從地址的部分位由地址選擇引腳ADD1和ADD0控制，并且在第一次讀寫操作時鎖定地址選擇引腳的狀態(tài)。

4.5 溫度數(shù)據(jù)格式

溫度數(shù)據(jù)以8位二進制補碼形式表示，最低有效位（LSB）等于1?C，方便工程師進行數(shù)據(jù)處理和分析。

4.6 開漏輸出與二極管故障檢測

SMBData和T_CRIT_A輸出為開漏輸出，需要外部上拉電阻。在每次遠程轉換前，LM84會進行外部二極管故障檢測，當檢測到故障時，會相應地設置狀態(tài)寄存器的位。

4.7 通信方式

與LM84的通信包括寫入和讀取操作。寫入操作需要包含地址字節(jié)和命令字節(jié)，讀取操作可以根據(jù)命令寄存器的狀態(tài)選擇不同的方式。同時，LM84具有SMBus超時功能，確保通信的穩(wěn)定性。

五、寄存器介紹

5.1 命令寄存器

用于選擇要讀取或寫入的寄存器，通過SMBus寫入通信的命令字節(jié)進行設置。

5.2 本地和遠程溫度寄存器

只讀寄存器，存儲本地和遠程溫度數(shù)據(jù)，以8位二進制補碼形式表示。

5.3 狀態(tài)寄存器

只讀寄存器，用于指示溫度報警和二極管故障等狀態(tài)信息。

5.4 制造商ID寄存器

默認值為00h，用于標識制造商信息。

5.5 配置寄存器

可讀可寫寄存器，其中D7位用于屏蔽T_CRIT_A中斷。

5.6 本地和遠程T_CRIT寄存器

可讀可寫寄存器，用于設置本地和遠程的臨界溫度。

六、應用提示

6.1 溫度測量應用

• 本地溫度測量：LM84的溫度會受到印刷電路板的影響，其主要熱傳導路徑是通過引腳，因此可以通過測量引腳的溫度來近似測量芯片的溫度。
• 遠程溫度測量：使用遠程二極管可以測量外部溫度，如目標IC的溫度。推薦使用2N3904晶體管的基極 - 發(fā)射極結作為遠程二極管，以提高測量的準確性。

6.2 二極管非理想因子對精度的影響

二極管的非理想因子η會影響溫度測量的準確性。由于ΔVBE與η和溫度T成正比，η的變化會導致溫度測量誤差的增加?？梢酝ㄟ^對每個溫度傳感器與配對的遠程二極管進行校準來消除這種誤差。

6.3 PCB布局注意事項

在PCB布局中，為了減少噪聲對溫度測量的影響，需要注意以下幾點：

• 在VCC引腳附近放置0.1 μF的電源旁路電容，在D+和D - 引腳附近放置2.2nF的電容，并確保電容的走線匹配。
• 將LM84放置在距離處理器二極管引腳10 cm以內，走線盡量直、短且相同。
• 二極管走線周圍設置GND保護環(huán)，但不要在D+和D - 線之間設置。
• 避免二極管走線靠近電源開關或濾波電感、高速數(shù)字和總線線路。
• 如果必須交叉高速數(shù)字走線，應使二極管走線與高速數(shù)字走線成90度角。
• 將LM84的GND引腳盡可能靠近與感測二極管相關的處理器GND連接。

七、典型應用

LM84可應用于多種場景，如系統(tǒng)熱管理、個人計算機、電子測試設備、辦公電子設備和HVAC等。在典型應用電路中，通過連接遠程二極管（如2N3904），可以實現(xiàn)對外部溫度的監(jiān)測，并將溫度數(shù)據(jù)通過SMBus傳輸給主設備。當溫度超過臨界值時，T_CRIT_A輸出可以觸發(fā)相應的控制動作，如系統(tǒng)關機或報警。

八、總結

LM84作為一款功能強大的二極管輸入數(shù)字溫度傳感器，具有高精度、低功耗、多地址選擇等優(yōu)點，適用于各種溫度監(jiān)測應用。電子工程師在設計過程中，需要充分了解LM84的技術參數(shù)、工作原理和應用要點，合理進行PCB布局，以確保設備的穩(wěn)定運行和準確的溫度測量。同時，通過對二極管非理想因子的考慮和校準，可以進一步提高溫度測量的精度。你在使用LM84的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。