LM90：高精度數字溫度傳感器的設計與應用

在電子設備的設計中，溫度監測是一個至關重要的環節。無論是筆記本電腦、服務器，還是電子測試設備，都需要精確的溫度傳感器來確保系統的穩定運行。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線系統管理總線（SMBus）串行接口的11位數字溫度傳感器。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。只要目標芯片上有專用二極管（半導體結），就可以使用LM90準確確定任何ASIC的溫度。其遠程傳感器精度可達±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。

二、關鍵特性

2.1 溫度感知能力

• 遠程溫度感知：能夠準確感知遠程IC或二極管結的芯片溫度，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

• 遠程溫度數據格式：采用10位加符號的遠程二極管溫度數據格式，分辨率為0.125°C。
• 本地溫度數據格式：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，能夠檢測遠程二極管的故障情況。
• T_CRIT_A輸出：可用于系統關機，當任何溫度超過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協議，當溫度超出預設范圍時觸發報警。

2.4 接口與封裝

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

三、技術參數

3.1 供電參數

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

四、功能描述

4.1 溫度轉換

LM90采用基于delta VBE的溫度傳感器和10位加符號的ADC（Delta - Sigma模數轉換器），大約需要31.25ms來轉換本地溫度（LT）、遠程溫度（RT）并更新所有寄存器。轉換速率可以通過轉換速率寄存器（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、溫度中斷標志和SMBus ALERT系統的一部分。當溫度超出預設范圍時，ALERT輸出被觸發，具體的復位方式取決于所選的使用方法。
• T_CRIT_A輸出：當任何溫度讀數大于臨界溫度設定點寄存器（T_CRIT）中的預設極限時，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、狀態寄存器、配置寄存器等。通過這些寄存器，可以實現對溫度測量、報警設置、轉換速率等功能的配置。

五、應用提示

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，當環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。
• 遠程溫度測量：使用遠程二極管可以測量LM90芯片外部的溫度，二極管可以位于目標IC的芯片上，也可以使用離散二極管來測量外部物體或環境空氣的溫度。

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確性，LM90針對移動奔騰III處理器的非理想因子進行了校準。當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，走線盡量直、短且相同。
• 二極管走線周圍設置接地保護環，避免與電源開關、濾波電感、高速數字和總線線路靠近或平行。

六、總結

LM90是一款功能強大、精度高的數字溫度傳感器，適用于各種需要溫度監測的應用場景。通過合理的配置和布局，可以充分發揮其性能，確保系統的穩定運行。在實際設計中，工程師需要根據具體的應用需求，選擇合適的使用方式和參數設置，以達到最佳的溫度監測效果。 你在使用LM90過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。