深入解析ADM1021A：低功耗、高精度溫度監測芯片詳解

在個人計算機及其他需要進行熱監測和管理的系統中，溫度監測至關重要。ADM1021A作為一款出色的雙通道數字溫度計和欠/過溫警報器，為我們的設計帶來了諸多便利。下面我就結合多年的設計開發經驗，和大家深入探討一下這款芯片。

文件下載：ADM1021ARQ.pdf

器件概述

ADM1021A能夠使用二極管連接的PNP晶體管測量微處理器的溫度，并且無需校準。它有兩個測量通道，一個用于測量遠程溫度（如微處理器的溫度），另一個用于測量芯片自身及環境的溫度。該芯片通過與SMBus標準兼容的兩線串行接口進行通信，用戶可以通過串行總線對欠/過溫限制進行編程，當片內或遠程溫度超出范圍時，ALERT輸出會發出信號。

特性亮點

溫度傳感與精度

ADM1021A具備片內和遠程溫度傳感功能。其片內傳感器精度可達1°C，遠程傳感器精度為3°C，能滿足大多數應用場景對溫度測量精度的要求。而且采用的新型測量技術可抵消晶體管基極發射極電壓的絕對值，無需進行校準，大大減輕了工程師的調試負擔。

可編程特性

它支持可編程的過/欠溫限制和轉換速率。用戶可以根據實際需求靈活調整這些參數，以適應不同的應用場景。

電氣特性

在電氣方面，ADM1021A的最大工作電流為200μA，待機電流僅1μA，功耗較低，適用于對功耗敏感的應用。其供電電壓范圍為3.0V至5.5V，能適應多種電源環境。此外，它采用16引腳的QSOP小型封裝，節省電路板空間。

引腳與參數

引腳分配

ADM1021A的引腳分配明確，像VDD為正電源引腳，電壓范圍在3.0V至5.5V；D+和D-分別連接遠程溫度傳感器的正負端；ALERT為開漏邏輯輸出，可作為中斷或SMBus警報；SDATA和SCLK則是SMBus的串行數據和串行時鐘引腳等。

絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值很重要，例如正電源電壓（VDD）相對于GND的范圍是 - 0.3V至 + 6.0V，輸入電流最大為±50mA等。超出這些額定值可能會損壞器件，因此在設計中必須嚴格遵守。

熱特性與電氣特性

其16引腳QSOP封裝的熱阻（θJA）為105°C/W。在電氣特性方面，溫度分辨率保證無漏碼，為1.0°C；不同條件下，本地和遠程傳感器的溫度誤差也有相應的規定。

功能描述

溫度測量與轉換

芯片內部包含一個雙通道A - D轉換器，在正常工作時，A - D轉換器以自由運行模式工作。模擬輸入多路復用器會交替選擇片內溫度傳感器或遠程溫度傳感器，將信號數字化后存儲在本地和遠程溫度值寄存器中。

比較與報警

測量結果會與存儲在片內四個寄存器中的本地和遠程高、低溫限制進行比較。當出現超出限制的情況時，會在狀態寄存器中生成標志，若有一個或多個超出限制的結果，ALERT輸出將拉低。

控制與配置

通過串行系統管理總線（SMBus），可以對限制寄存器進行編程，以及對器件進行控制和配置。例如，可切換器件的正常運行和待機模式、屏蔽或啟用ALERT輸出、選擇轉換速率等。

測量方法

傳統測量溫度的方法利用二極管或晶體管基極 - 發射極電壓的負溫度系數，但需要校準以消除(V{BE})絕對值的影響。而ADM1021A采用的方法是在兩個不同電流下測量(V{BE})的變化，通過公式(Delta V_{BE}=kT / q × ln (N))計算溫度。這種方法有效避免了校準的麻煩，還能提高測量的準確性。外部傳感器信號經處理后，先通過65kHz低通濾波器去除噪聲，再經過斬波穩定放大器進行放大和整流，最后由ADC測量并輸出溫度數據。為進一步降低噪聲影響，還會對16個測量周期的結果進行平均。

與ADM1021的差異

ADM1021A與ADM1021引腳兼容，但存在一些差異：

1. 電流差異：ADM1021A通過遠程溫度傳感二極管的電流更大，這提高了器件的抗噪能力，但也導致其工作電流高于ADM1021。
2. 測量范圍：ADM1021A的溫度測量范圍為0°C至127°C，而ADM1021為 - 128°C至 + 127°C。如果需要測量負溫度，應選擇ADM1021。
3. 寄存器值：兩者在復位值、修訂寄存器和地址指針寄存器的默認值等方面存在不同，在使用時需要注意這些差異。

寄存器介紹

地址指針寄存器

它沒有獨立地址，每次寫操作的第一個數據字節會自動寫入該寄存器，用于設置后續操作的寄存器地址。

值寄存器

包括本地和遠程溫度值寄存器，由ADC寫入數據，只能通過SMBus讀取。

狀態寄存器

其中的一些位用于指示ADC的轉換狀態和溫度限制比較結果。當本地和/或遠程溫度超出限制或遠程傳感器開路時，相應的標志位會被設置，讀取狀態寄存器可清除這些標志位。

配置寄存器

用于控制器件的工作模式（正常或待機）和屏蔽ALERT輸出。

轉換速率寄存器

通過最低三位對轉換速率進行編程，可選擇不同的轉換時間，從而降低器件功耗。

限制寄存器

用于存儲本地和遠程的高、低溫限制，可通過SMBus進行讀寫操作。

偏移寄存器

用戶可通過該寄存器消除遠程溫度測量中的誤差，例如由時鐘噪聲和PCB走線電阻引入的誤差。

單次寄存器

在待機模式下，對該寄存器進行寫操作可啟動一次單次轉換和比較周期，操作完成后器件返回待機模式。

串行總線接口

地址設置

ADM1021A有兩個地址引腳ADD0和ADD1，可選擇不同的器件地址，最多能實現九個不同地址，以滿足多個設備共用總線的需求。需要注意的是，地址引腳的狀態僅在上電時采樣，上電后更改無效。

通信協議

• 起始條件：主設備通過在串行數據線上產生高到低的轉換，同時串行時鐘線保持高電平來啟動數據傳輸。
• 數據傳輸：數據以九個時鐘脈沖為一組進行傳輸，包括八個數據位和一個從設備的確認位。
• 停止條件：寫操作和讀操作的停止條件有所不同，但都是通過對數據線的高低電平控制來實現。

在設計使用ADM1021A時，你是否也遇到過一些小挑戰呢？我們可以在評論區一起交流探討，分享解決問題的經驗，讓我們的設計更加完美。