深入解析LM96063：遠程二極管數字溫度傳感器與集成風扇控制的完美結合

在電子設備的設計中，溫度管理是一個至關重要的環節。無論是通信基礎設施中的FPGA、ASIC，還是電子測試和辦公設備，都需要精確的溫度監測和有效的散熱控制。德州儀器（TI）推出的LM96063遠程二極管數字溫度傳感器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了眾多工程師的首選。本文將對LM96063進行詳細的介紹，幫助工程師更好地了解和應用這款產品。

文件下載：lm96063.pdf

一、LM96063的核心特性

1. 精確的溫度傳感

LM96063能夠準確地感測遠程二極管連接的MMBT3904晶體管或板載處理器、FPGA、ASIC中的熱二極管的溫度，同時也能精確測量自身的本地管芯溫度。其遠程溫度分辨率高達1/8°C，通過數字濾波器還可將分辨率進一步提高到1/32°C，能夠滿足大多數應用場景的需求。

2. 集成風扇控制

該傳感器集成了PWM風扇速度控制輸出，支持4針風扇在22.5kHz頻率下實現高分辨率控制。此外，還具備用戶可編程的12步查找表（LUT），可有效降低風扇的聲學噪聲，并通過LUT過渡精細分辨率平滑功能，實現風扇速度的平穩過渡。

3. 豐富的輸出接口

LM96063提供了ALERT輸出和TCRIT輸出。ALERT輸出可用于錯誤事件通知，TCRIT輸出則用于關鍵溫度系統關機，為系統的安全運行提供了可靠的保障。

4. 兼容SMBus 2.0

支持SMBus 2.0接口，具備TIMEOUT功能，方便與其他設備進行通信和集成。

二、關鍵技術指標

1. 電源電壓和電流

• 電源電壓范圍為3.0V至3.6V，在0.8Hz轉換時，典型供電電流為456μA。

  2. 溫度精度

• 遠程二極管溫度精度：在不同的環境溫度和二極管溫度范圍內，最大誤差在±0.75°C至±3°C之間。
• 本地溫度精度：在+25°C至+125°C范圍內，最大誤差為±3.0°C。

  3. 分辨率

• 遠程二極管分辨率為11位，本地二極管分辨率為8位。

  4. 轉換時間

  所有溫度通道的最快轉換時間為38.3至41.1ms（最大值）。

三、引腳描述與連接

四、功能詳細解析

1. 溫度測量

LM96063采用基于ΔVBE的溫度傳感器和10位加符號ΔΣ ADC，能夠準確測量本地和遠程溫度。遠程溫度數據可以采用11位二進制補碼或無符號二進制格式表示，當啟用數字濾波器時，分辨率可進一步提高。

2. 風扇控制

通過12點溫度到占空比查找表（LUT），LM96063可以直接驅動4針風扇的PWM輸入，實現風扇速度的精確控制。LUT算法還包括平滑功能，可使PWM占空比在LUT級別切換時逐漸變化，減少風扇噪聲。

3. ALERT和TCRIT輸出

ALERT輸出有三種使用方式：溫度比較器、溫度中斷標志和SMBus ALERT系統。TCRIT輸出在遠程溫度超過T_CRIT設定點時激活，具備可編程的滯后功能。

4. 數字濾波器

為了抑制遠程溫度讀數中的噪聲并提高分辨率，LM96063集成了數字濾波器。濾波器可通過遠程二極管溫度濾波器和比較器模式寄存器進行設置，提供多種濾波選項。

5. 故障檢測

該傳感器能夠檢測遠程二極管的故障條件，如D+短路到VDD、D+開路或浮空、D+短路到GND等。在故障發生時，遠程溫度讀數將被強制設置為特定值，并設置ALERT狀態寄存器中的RDFA位。

五、寄存器配置與使用

LM96063的寄存器分為多種類型，包括只讀、只寫、讀寫相同地址和讀寫不同地址等。在使用風扇控制功能時，需要按照特定的順序配置寄存器，以確保系統正常運行。

1. 風扇控制寄存器

包括增強配置寄存器、PWM和RPM配置寄存器、風扇啟動配置寄存器等，用于設置風扇控制的各種參數。

2. 溫度和設置點寄存器

用于存儲本地和遠程溫度讀數以及各種溫度設置點，如本地高設置點、遠程高設置點、遠程低設置點和遠程T_CRIT設置點等。

3. 狀態和掩碼寄存器

ALERT狀態寄存器用于指示各種溫度報警狀態，ALERT掩碼寄存器可用于屏蔽不需要的報警輸出。

4. 轉換和單次寄存器

轉換速率寄存器用于設置溫度轉換的速率，單次寄存器可在待機模式下啟動一次溫度轉換。

六、應用注意事項

1. PCB布局

在PCB布局時，需要注意以下幾點：

• 使用低噪聲電源，并進行適當的旁路電容配置。
• 在D+和D -引腳附近放置100pF的二極管旁路電容，以濾除高頻噪聲。
• 將LM96063放置在離處理器二極管引腳10cm以內的位置，并確保走線盡可能短、直且相同。
• 二極管走線應被GND保護環包圍，避免與電源開關或濾波電感、高速數字和總線線路靠近或平行。

2. 噪聲抑制

為了確保SMBus通信的可靠性，需要注意噪聲抑制?？梢栽赟MBDAT和SMBCLK線上添加串聯電阻，以進一步過濾噪聲和振鈴。

3. 計算風扇RPM

通過Tach計數寄存器可以計算風扇的RPM，計算公式為： [Fan_RPM =frac{f × 5,400,000}{ Total_Tach_Count_Decimal }] 其中，f根據風扇每轉的脈沖數確定（2脈沖/轉時f = 1，1脈沖/轉時f = 2，3脈沖/轉時f = 2/3）。

七、總結

LM96063是一款功能強大的遠程二極管數字溫度傳感器，具有精確的溫度測量、集成的風扇控制、豐富的輸出接口和靈活的寄存器配置等優點。在實際應用中，工程師需要根據具體需求合理配置寄存器，注意PCB布局和噪聲抑制，以充分發揮該傳感器的性能。希望本文對工程師們在使用LM96063時有所幫助，你在實際應用中是否遇到過類似傳感器的使用問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。