1 芯片介紹

ADM1023是一種雙通道數(shù)字型溫度測量及報(bào)警集成電路。它以基底型三極管如2N3904（2N3906）等低價(jià)分立型三極管為傳感器來對微處理器的溫度進(jìn)行測量。這樣可有效地消除三極管基極和發(fā)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(dá)0．125℃。從而可使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師有效地減小溫度隔護(hù)帶以改善系統(tǒng)性能。ADM1023采用雙線系統(tǒng)總線（SMBus）結(jié)構(gòu)，并支持SMBus標(biāo)準(zhǔn)。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(diǎn)。它已被廣泛應(yīng)用于臺式電腦、筆記本電腦、遠(yuǎn)程通訊設(shè)備、工業(yè)控制器和精密儀器等需要溫度控制的系統(tǒng)中。ADM1023的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 主要參數(shù)及引腳功能

2．1 主要參數(shù)

ADM1023的主要參數(shù)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(fù)位電壓閾值：0．9～2．2V；

●轉(zhuǎn)換時(shí)間：65～70ms；

●邏輯輸入電流，IIH，IIL：－1～＋1μA；

●SMbus低電平時(shí)間：4．7μs；

●SMbus高電平時(shí)間：4μs；

●SMbus時(shí)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(fù)端；

ADD1（6）：芯片高位地址，具有0、1和NC三態(tài)輸入門；

GND（7，8）：接地端；

ADD0（10）：芯片低位地址，具有三態(tài)輸入門；

：該端可用于中斷和SMBus報(bào)警的邏輯輸出；

SDATA（12）：SMBus串行數(shù)據(jù)口；

SCLK（14）：SMBus串行時(shí)鐘口；

（15）：模式選擇端口。

3工作原理

3．1 工作原理

ADM1023內(nèi)部含有一個(gè)雙通道A／D轉(zhuǎn)換器（ADC）。該ADC的輸入信號調(diào)整裝置使其可以同時(shí)適用于本地及外部兩種溫度傳感器。在正常工作時(shí)，ADC處于一種自主運(yùn)行模式，通過模擬輸入多路復(fù)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(shù)字化，其結(jié)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(jìn)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(gè)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(shí)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(gè)偏值寄存器（分別位于11h和12h）。其偏移值以11位二進(jìn)制形式存放于其中。測得的外部溫度值將自動(dòng)地加上或減去該值。在此過程后，其結(jié)果將與外部溫度的上下極限值（以11位二進(jìn)制形式存貯在芯片上的6個(gè)溫度極限值寄存器中）進(jìn)行比較。一旦測量值超出范圍，位于狀態(tài)寄存器中的標(biāo)志位將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而使輸出變低。通過系統(tǒng)總線可對寄存器進(jìn)行讀寫操作及實(shí)現(xiàn)對芯片的配置和控制。該配置和控制主要包括三個(gè)方面，一是使芯片工作于正?；虻却隣顟B(tài)；二是屏蔽或激活輸出；三是選擇轉(zhuǎn)換率。

正常啟動(dòng)狀態(tài)下，芯片的外部與本地溫度默認(rèn)值為－128℃。開始工作后，測量值在與極限值比較前會(huì)先存儲(chǔ)。但如果芯片處在等待模式下，新溫度值將不會(huì)在比較前被寫入存儲(chǔ)器，而會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出。為消除此輸出，可采用如下兩種方法：

（1）將本地與外部溫度下限調(diào)整到－128℃，然后讀狀態(tài)寄存器；

（2）如果測量值在溫度范圍內(nèi)，可先退出等待模式，然后讀狀態(tài)寄存器。

3．2 測量方法

按傳統(tǒng)方法，測量溫度值可通過處于恒流狀態(tài)下的二極管的負(fù)溫度系數(shù)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?yàn)殡S著儀器的不同，三極管的VBE也會(huì)有不同的固有值。對此，ADM1023采用了一種新技術(shù)，該技術(shù)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(chǎn)生的波形結(jié)果通過一個(gè)低通濾波器降噪，再經(jīng)過斬波穩(wěn)零放大器進(jìn)行調(diào)理與放大。最后將比例放大的VBE直流電壓波形通過一個(gè)ADC來對16次測量結(jié)果做一個(gè)平均。

對于外部溫度傳感器，整個(gè)信號調(diào)理過程如圖3所示。值得注意的是，如果傳感器在高噪音環(huán)境下工作，則應(yīng)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(yīng)用設(shè)計(jì)

4．1 串行總線接口與地址引腳

主處理機(jī)可通過串行總線對ADM1023進(jìn)行控制。一般而言，每個(gè)SMBus器件都有7位器件地址。當(dāng)主處理機(jī)通過總線傳送該器件地址時(shí)，它將作出響應(yīng)。ADM1023有兩個(gè)地址引腳ADD0和ADD1，它們可以使幾個(gè)ADM1023同時(shí)工作于一根總線上，并可防止與其它芯片發(fā)生沖突。兩個(gè)引腳都可以在三種狀態(tài)下工作（NC，0，1），因此它們一共可以提供9種狀態(tài)，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(tài)開始數(shù)據(jù)的傳輸過程。此狀態(tài)可通過在系統(tǒng)時(shí)鐘線（SCLK）為高電平時(shí)觸發(fā)串行數(shù)據(jù)線（SDATA）下降沿的辦法來獲得。所有與總線相連的從處理機(jī)都將響應(yīng)START狀態(tài)并判斷接下來的8位數(shù)據(jù)（7位地址位和讀／寫位）。與此地址相對應(yīng)的從芯片將在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖到來前的低電平狀態(tài)時(shí)將數(shù)據(jù)線變成低電平。如果讀／寫位為0，主處理機(jī)將會(huì)對該芯片進(jìn)行寫操作。反之，將進(jìn)行讀操作。

數(shù)據(jù)從第9個(gè)時(shí)鐘脈沖開始在總線上傳送。它包括8位數(shù)據(jù)位和1位芯片應(yīng)答位。在傳送過程中數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)的變化只能發(fā)生在時(shí)鐘信號位為低電平時(shí)，而在高電平時(shí)則應(yīng)保持穩(wěn)定。一次讀寫操作中的數(shù)據(jù)位數(shù)由主處理機(jī)和附屬芯片的處理能力決定。

當(dāng)傳送結(jié)束后，芯片會(huì)進(jìn)入等待狀態(tài)。在寫模式時(shí)，主處理機(jī)將會(huì)在第10個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)將數(shù)據(jù)線變高而進(jìn)入此狀態(tài)。在讀模式時(shí)，主處理機(jī)將在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖前的低電平狀態(tài)時(shí)將數(shù)據(jù)線變高以屏蔽掉應(yīng)答位。然后，在第10個(gè)時(shí)鐘脈沖前的低電平狀態(tài)時(shí)將數(shù)據(jù)線變低并在進(jìn)入第10個(gè)時(shí)鐘脈沖后將它再變高而使芯片進(jìn)入等待狀態(tài)。

ADM1023的一次操作只能是讀操作或?qū)懖僮鞫荒芏呒嬗?。寫操作包?個(gè)或2個(gè)字節(jié)，讀操作包括1個(gè)字節(jié)。在進(jìn)行讀寫操作以前，被操作的數(shù)據(jù)寄存器地址要寫在地址指針寄存器中。寫操作的第一個(gè)字節(jié)則應(yīng)指定操作寄存器在地址指針寄存器中的地址，而第二個(gè)字節(jié)才是要寫入此寄存器中的數(shù)據(jù)位。圖4為ADM1023的讀操作時(shí)序。

從寄存器中讀數(shù)據(jù)時(shí)，如果在地址指針寄存器中存儲(chǔ)的數(shù)值并不是所需要的數(shù)據(jù)寄存器的值，則需通過上述寫操作的方法對其進(jìn)行更改，此時(shí)沒有數(shù)據(jù)位。其寫時(shí)序如圖5所示。

當(dāng)溫度值溢出或外部溫度傳感器開路時(shí)，芯片將會(huì)有一個(gè)ALERT輸出。實(shí)際應(yīng)用中可以將幾個(gè)輸出線進(jìn)行與相連，這樣，任意一個(gè)為低就會(huì)將共同線輸出位拉低。輸出可作為微處理器的中斷信號，或者用作一個(gè)信號。SMBus上的附屬芯片通常無法與主機(jī)通信，而將賦予它們這種功能。當(dāng)幾個(gè)輸出共同連成一個(gè)信號時(shí)，任何其中的一個(gè)芯片因ALERT變低而使SMBALERT變低時(shí)將按以下步驟進(jìn)行工作。

（1）變低。

（2）主處理機(jī)進(jìn)行讀操作并輸出報(bào)警響應(yīng)地址

（3）輸出變低的芯片響應(yīng)ARA，其地址被主處理機(jī)讀取。

（4）如果多個(gè)芯片的輸出為低電平，低地址的芯片將享有優(yōu)先權(quán)。

（5）在ADM1023響應(yīng)ARA后，如果故障排除，其輸出將變高。這時(shí)如果仍然處于低電平，那么主處理機(jī)將繼續(xù)傳送ARA，直到變高為止。

4．3 低功耗等待

ADM1023可以通過硬件（給引腳低電平）和軟件（將狀態(tài)寄存器第6位置位）來進(jìn)入等待模式。當(dāng)進(jìn)入低功耗模式后，ADC停止工作，而SMBus仍然處于工作狀態(tài)。值得指出的是，由軟件和硬件兩種方法獲得的等待模式并不是完全相同的。當(dāng)STBY引腳為低電平時(shí)，ADC處于完全不工作狀態(tài)。但在狀態(tài)寄存器第6位被置位而依舊為高電平時(shí)，可以通過對單次觸發(fā)寄存器（地址為0fh）寫入數(shù)據(jù)的方式來獲得任意溫度通道的單次觸發(fā)轉(zhuǎn)換。

4．4 溫度傳感器自檢

ADM1023在D＋輸入端有一個(gè)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(dāng)轉(zhuǎn)換開始時(shí)，芯片都會(huì)對檢測器輸出進(jìn)行檢查并在檢測到錯(cuò)誤時(shí)對狀態(tài)寄存器的第2位進(jìn)行置位。

如果二極管短路造成ADC輸出為－128℃（10000000 000）時(shí)，由于可測量最低溫度為0℃，ADM1023會(huì)檢測出是一個(gè)錯(cuò)誤狀態(tài)，而不是像其他溫度測量芯片那樣認(rèn)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(bào)警產(chǎn)生。

5 電路連接及注意事項(xiàng)

5．1 注意事項(xiàng)

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(shè)計(jì)時(shí)的電路布局應(yīng)符合以下原則：

●盡量使外部溫度傳感器與ADM1023靠近?？紤]到時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、數(shù)據(jù)／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(yīng)使D＋和D－兩腳平行并盡量靠近，且都應(yīng)擁有一個(gè)接地的保險(xiǎn)絲。如果可能的話，最好在兩腳下加一個(gè)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(diǎn)，以防止熱電偶效應(yīng)。如果有焊點(diǎn)，必須保證它們在D＋與D－兩腳中都存在而且溫度相同。

●應(yīng)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(yuǎn)離芯片8英寸以上，則應(yīng)使用雙絞線連接（可達(dá)6～12英尺）。

●在更遠(yuǎn)距離（最高100英尺）時(shí)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(yuǎn)端不連接，以防止地循環(huán)。因?yàn)檫^長的電纜和過大的電容會(huì)影響測量。所以在應(yīng)用長電纜時(shí)，應(yīng)盡量減少或去除濾波電容。

5．2 應(yīng)用電路

圖6為一個(gè)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。

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