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AD7414/AD7415是精确±0.5°C,10位数字SOT-23中的温度传感器

时间:2019-11-21, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

特征

10位温度数字转换器;温度范围:-40°C至+125°C;+40°C时的典型精度为±0.5°C;SMBus/I2C®兼容串行接口;3μA断电电流;温度转换时间:29μs典型值;节省空间6-铅(AD7414)和5-铅(AD7415);SOT-23包装;通过AS的引脚可选择寻址;过热指示器(仅限AD7414);SMBus警报功能(仅限AD7414);4个版本允许8个I2C地址(AD7414);2个版本允许6个I2C地址(AD7415)。

应用

硬盘驱动器;个人电脑;电子测试设备;办公设备;家用电器;过程控制;手机。

一般说明

AD7414/AD7415是6线和5线SOT-23封装的完整温度监测系统。它们包含一个带隙温度传感器和一个10位ADC,用于监控和数字化温度读数,分辨率为0.25°C。

AD7414/AD7415提供与SMBus和IC接口兼容的2线串行接口。零件有四种版本:AD7414/AD7415-0、AD7414/AD7415-1、AD7414-2,2和AD7414-3。AD7414/AD7415-0和AD7414/AD7415-1版本为每个版本提供了三个不同SMBus地址的选择。所有四个AD7414版本都提供了八个不同的IC地址,而两个AD7415版本允许最多使用六个IC地址。

AD7414/AD7415的2.7V电源电压、低电源电流、串行接口和小型封装使其非常适合各种应用,包括个人电脑、办公设备、手机和家用电器。

在AD7414中,片上寄存器可编程设定高低温极限,当编程时,开路超温指示器输出(警报)变为激活状态超出限制。配置寄存器允许对警报输出的状态进行编程(高激活或低激活)。此输出可以用作中断或SMBus警报。

产品亮点

1、片上温度传感器。该传感器允许对环境温度进行精确测量。温度精度为±0.5°C。

2、SMBus/IC兼容串行接口。该接口为每个版本的AD7414/AD7415,AD7414总共有8个地址选项,AD7415总共有6个地址选项。

3、电源电压为2.7 V至5.5 V。

4、节省空间的5-铅和6-铅SOT-23封装。

5、10位温度读数至0.25°C分辨率。

6、过热指示器。此指示灯可以被软件禁用。它用作SMBus警报的中断。

7、一次性和自动温度转换率。

操作理论

电路信息

AD7414/AD7415是独立的数字温度传感器。片上温度传感器允许对环境设备温度进行精确测量。10位模数转换器将测得的温度转换为2秒补码格式,以存储在温度寄存器中。ADC由围绕电容器数模转换器(DAC)的传统逐次逼近变换器构成。串行接口与IC和SMBus兼容。AD7414/AD7415需要2.7 V至5.5 V电源。温度传感器的工作测量范围为-40°C至+125°C。2

功能描述

温度测量有两种方法。第一个使用800 ms的内部时钟倒计时,并执行转换。内部振荡器是唯一在转换之间通电的电路,一旦它超时,每800毫秒就会发送一个唤醒信号,为其余电路通电。在唤醒信号开始时激活单稳态,以确保为通电过程提供足够的时间。单稳态通常需要4μs才能超时。然后,完成每次转换通常需要25μs。新的温度值加载到温度值寄存器中,并准备好通过IC接口读取。

每次使用一次性方法时,也会启动温度测量。此方法要求用户在需要温度测量时写入配置寄存器中的一次位。将一次位设置为1,直接在写入操作后启动温度转换。在停止条件下,跟踪和保持进入大约4μs(单稳态超时),然后开始转换。通常25μs后,转换完成,温度值寄存器加载新的温度值。

将测量模式与存储在8位读/写寄存器中的高温极限进行比较。这仅适用于AD7414,因为AD7415没有警报引脚,随后也没有过热监测功能。如果测量值大于上限,则激活警报引脚(如果已在配置寄存器中启用)。有两种方法可以再次停用警报引脚:当配置寄存器中的警报重置位通过写入操作设置为1时,以及当测量的温度小于T寄存器中的值时。此警报pin与SMBus SMBALERT选项兼容。

配置功能包括:

(1)、在正常运行和完全断电之间切换;

(2)、启用或禁用SCL和SDA过滤器;

(3)、启用或禁用警报功能;

(4)、设置报警针极性。

测量技术

测量温度的一种常用方法是利用二极管的负温度系数或晶体管的基极发射极电压,在恒定电流下工作。不幸的是,这项技术需要校准以消除V的绝对值的影响,而V的绝对值因设备而异。AD7414/AD7415中使用的技术是测量在两种不同电流下操作装置时V的变化。这是由成为成为:

哪里:K是玻尔兹曼常数。q是电子的电荷(1.6×10-19库仑)。T是绝对温度,单位为Kelvins。N是两个电流的比值。

图7显示了AD7414/AD7415用于测量环境设备温度的方法。为了测量ΔV,传感器(衬底晶体管)在I和N×I的工作电流之间切换。产生的波形通过斩波器稳定放大器,该放大器执行波形的放大和整流功能,以产生与ΔV成比例的直流电压。该电压由ADC测量,以给出温度输出为10位,2秒补码格式。

温度数据格式

ADC的温度分辨率为0.25°C,对应于ADC的1 LSB。ADC可以从理论上测量温度范围为255°C,最低实用价值是由于设备最大额定值而限制在40°C。A级可以测量-40°C到+125°C的温度范围。

品位温度换算公式如下:

注意,DB9从负温度公式中的ADC代码中删除。

内部寄存器结构

AD7414有五个内部寄存器,如图8所示。四个是数据寄存器,一个是地址指针寄存器。

AD7415有三个内部寄存器,如图9所示。两个是数据寄存器,一个是地址指针寄存器。

每个数据寄存器都有一个地址指针寄存器在与它通信时指向的地址。温度值寄存器是唯一只读的数据寄存器。

地址指针寄存器

地址指针寄存器是一个8位寄存器,用于存储指向AD7414的四个数据寄存器之一和AD7415的两个数据寄存器之一的地址。对AD7414/AD7415的每个串行写入操作的第一个字节是其中一个数据寄存器的地址,该数据寄存器存储在地址指针寄存器中,并选择将后续数据字节写入的数据寄存器。只有此寄存器的2个LSB用于选择数据寄存器。

配置寄存器(地址0X01)

配置寄存器是一个8位读/写寄存器,用于设置AD7414/AD7415的工作模式。在AD7414中,使用六个主配电板(D7至D2)设置工作模式(见表10)。D0和D1用于出厂设置,在正常运行期间必须写入零。

在AD7415中,只有三个位(D7、D6和D2)用于设置工作模式(见表12)。D0、D1和D3到D5用于出厂设置,并且在正常操作期间必须向它们写入零。

如果AD7414/AD7415处于断电模式(D7=1),则仍可以通过一次操作启动温度转换。这涉及到对配置寄存器的写操作,并将一次位设置为1(D2=1),这将导致AD7414/AD7415通电、执行单个转换并再次断电。这是一个非常节能的模式。

温度值寄存器(地址0X00)

温度值寄存器是一个10位的只读寄存器,它将从ADC读取的温度数据存储为两个补码格式。从这个寄存器中读取数据需要两次读取。表13显示了要读取的第一个字节的内容,而表14和表15分别显示了要从AD7414和AD7415读取的第二个字节的内容。在表14中,第二字节的D3到D5用作标记位,并从其它内部寄存器获得。它们的功能如下:

ALERT_Flag:该位的状态与ALERT pin的状态相同。

TúU标志:高

当测得的温度超过T极限时,此标志设置为1。当读取第二个温度字节(表14)时,它被重置。如果读取操作后温度仍高于T极限,则该标志再次出现。

TúU标志:低

当测得的温度低于T极限时,此标志设置为1。当读取第二个温度字节(表14)时,它被重置。如果读取操作后温度仍低于T极限,则再次设置该标志。

ADC的整个理论量程为255°C,但实际上,温度测量范围仅限于设备的工作范围,A级为-40°C至+125°C。

AD7414 T寄存器(地址0X02)

T寄存器(见表16)是一个8位读/写寄存器,用于存储激活警报输出的上限。因此,如果温度值寄存器中的值大于T寄存器中的值,则激活警报引脚(即,如果在配置寄存器中启用警报)。因为它是8位寄存器,所以温度分辨率为1°C。

AD7414 T寄存器(地址0X03)

T寄存器(见表17)是一个8位读/写寄存器,用于存储解除警报输出的下限。因此,如果温度值寄存器中的值小于T寄存器中的值,则警报引脚将被停用(即,如果配置寄存器中启用了警报)。

因为它是8位寄存器,所以温度分辨率为1°C。

串行接口

AD7414/AD7415的控制通过ICcompatible串行总线执行。在主设备(如处理器)的控制下,AD7414/AD7415作为从设备连接到该总线。

串行总线地址

像所有的集成电路兼容设备一样,AD7414/AD7415具有7位串行地址。AD7414/AD7415的此地址的四个msb设置为1001。AD7414/AD7415有四个版本:AD7414/AD7415-0、AD7414/AD7415-1、AD7414-2和AD7414-3。前两个版本有三个不同的IC地址,可以通过将AS引脚绑定到GND、V或让引脚浮动来选择(见表4)。通过为四个版本提供不同的地址,最多可以将八个AD7414s或六个AD7415s连接到单个串行总线,或者可以设置这些地址以避免与总线上的其他设备发生冲突。

串行总线协议操作如下。

主机通过建立启动条件来启动数据传输,在串行数据线SDA上定义为从高到低的转换,而串行时钟线SCL保持高。这表示随后是地址/数据流。连接到串行总线的所有从机外设都对启动条件做出响应,并在接下来的8位中移位,包括7位地址(MSB first)加上一个R/W位,该位确定数据传输的方向以及数据是写入从设备还是从设备读取。

其地址对应于所发送地址的外围设备通过在第九时钟脉冲(称为确认位)之前的低周期中将数据线拉低来响应。当所选设备等待从总线读取或写入数据时,总线上的所有其他设备保持空闲。如果R/W位为0,则主设备写入从设备。如果R/W位为1,则主设备从从设备读取数据。

数据通过串行总线以9个时钟脉冲的顺序发送,8位数据后跟来自数据接收器的确认位。数据线上的跃迁必须发生在时钟信号的低周期内,并且在高周期内保持稳定,因为时钟高时的低到高跃迁可以被解释为停止信号。

当读取或写入所有数据字节时,将建立停止条件。在写入模式下,主机在第10个时钟脉冲期间将数据线拉高以断言停止条件。在读取模式下,主设备在第九时钟脉冲之前的低时段将数据线拉高。这就是所谓的不承认。然后,主机在第10个时钟脉冲之前的低时段将数据线取低,然后在第10个时钟脉冲期间取高,以断言停止条件。

任何字节的数据都可以在一次操作中通过串行总线传输,但不能在一次操作中混合读写。操作的类型在开始时确定,如果不启动新操作,则无法更改。

写入模式

根据写入的寄存器,AD7414/AD7415有两种不同的写入方式。

写入地址指针寄存器以进行后续读取

为了从特定寄存器读取数据,地址指针寄存器必须包含该寄存器的地址。如果没有,则必须通过执行单字节写入操作将正确的地址写入地址指针寄存器,如图10所示。写入操作由串行总线地址和地址指针字节组成。没有数据写入任何数据寄存器。然后执行读取操作来读取寄存器。

将单字节数据写入配置寄存器,T高寄存器,或T低寄存器这三个寄存器都是8位寄存器,因此每个寄存器只能写入一个字节的数据。将单字节数据写入其中一个寄存器包括串行总线地址、写入地址指针寄存器的数据寄存器地址以及写入选定数据寄存器的数据字节。如图11所示。

读取模式

从AD7414/AD7415读取数据是一个1字节或2字节的操作。读取配置寄存器、T寄存器或T寄存器的内容是单字节读取操作,如图12所示。寄存器地址以前是由地址指针寄存器的单字节写入操作设置的。一旦设置了寄存器地址,就可以从该寄存器执行任意数量的读取,而无需再次写入地址指针寄存器。要从另一个寄存器读取,必须再次写入地址指针寄存器以设置相关的寄存器地址。

从温度值寄存器读取数据是一个2字节的操作,如图13所示。同样的规则也适用于2字节读取和1字节读取。

SMBUS警报

AD7414警报输出是一个SMBus中断线,用于那些想用主设备的能力换取额外的管脚的设备。AD7414是一个仅从机设备,它使用SMBus警报向主机设备发送信号,表示它想要通话。AD7414上的SMBus警报用作过热指示器。

警报管脚具有开漏配置,当警报管脚处于低激活状态时,允许将几个AD7414的警报输出连接在一起。使用配置寄存器的D4设置警报输出的有效极性。开机默认值为低激活。通过将配置寄存器的D5分别设置为1或0,可以禁用或启用警报功能。

主机设备可以处理警报中断,并通过警报响应地址同时访问所有SMBus警报设备。只有将警报拉低的设备才会确认警报响应地址(ARA)。如果多个设备将警报管脚拉低,则在从机地址传输期间,最高优先级(最低地址)设备通过标准IC仲裁赢得通信权限。

当温度值寄存器中的值超过T寄存器中的值时,警报输出激活。当对配置寄存器的写入操作将D3设置为1或当温度降到T寄存器中存储的值以下时,它被重置。

警报输出需要一个外部上拉电阻器。这可以连接到与V不同的电压,只要不超过警报输出引脚的最大额定电压。上拉电阻的值取决于应用,但应尽可能大,以避免警报输出处的过大漏电流,这会加热芯片并影响温度读数。

开机默认值

AD7414/AD7415总是在以下默认情况下通电:指向温度值寄存器的地址指针寄存器。

T寄存器加载7Fh。

T寄存器加载80h。

配置寄存器加载40h。

注意,AD7415没有任何T或T寄存器。

工作模式

模式1

这是AD7414/AD7415的开机默认模式。在此模式下,AD7414/AD7415每800毫秒进行一次温度转换,然后部分断电,直到下一次转换发生。

如果在自动转换之间执行一次操作(将配置寄存器的D2设置为1),则在写入操作之后立即启动转换。在此转换之后,部件将返回到每800毫秒执行一次转换。

根据转换期间串行端口访问的位置,该转换可能会中止。如果转换在部件识别串行端口访问之前完成,则温度寄存器将使用新转换进行更新。如果在部件识别到串行端口访问后完成转换,内部逻辑会阻止温度寄存器被更新,因为可能会读取损坏的数据。

温度转换可以在串行端口访问期间的任何时候开始(一次操作除外),但只有在转换结束时串行端口访问未激活时,转换的结果才会加载到温度寄存器中。

模式2

AD7414/AD7415工作的唯一其他模式是完全断电模式。当需要以非常慢的速率进行温度测量时,通常使用此模式。在这种模式下,通过向部件写入以使其完全断电,可以大大降低部件的功耗。在配置寄存器的D7设置为1后,立即启动完全断电。

当需要进行温度测量时,可以执行写入操作来为部件通电并将其置于一次触发模式(将配置寄存器的D2设置为1)。上电大约需要4μs,然后进行转换,并恢复到完全停电状态。温度值可以在完全断电模式下读取,因为串行接口仍然通电。

功率与吞吐量

AD7414/AD7415的两种工作模式产生不同的功率与吞吐量性能。模式2是部件的休眠模式,它实现了最佳的电源性能。

模式1

在这种模式下,以每800毫秒大约1的速率执行连续转换。图14示出了与5 V电源的这种操作模式相关的时间和电流。在5v时,转换时该部分的电流消耗通常为1.1ma,静态电流通常为188μA。25μs的转换时间加上通常为4μs的通电时间以以下方式对总功耗贡献199.3nw:

(29 μs/800 ms) × (5 × 1.1 mA) = 199.3 nW

剩余时间对总功耗的贡献为939.96μW。

(799.97 ms/800 ms) × (5 × 1.1 μA) = 199.3 μW

因此,在每个循环中消耗的总功率为:199.3 nW + 939.96 μW = 940.16 μW

模式2

在此模式下,部件完全断电。除串行接口外的所有电路均已关闭。在这种模式下,最省电的方法是使用一次性方法。写入配置寄存器并将单发位设置为1。该部分在大约4μs的功率,然后执行转换。转换完成后,设备再次断电,直到配置寄存器中的PD位设置为0或一次性位设置为1。图15显示的时间与模式1中的图14相同;每800毫秒启动一次。如果我们将电压设置为5 V,我们可以通过以下方式计算功耗。转换时部件的电流消耗通常为1.1毫安,静态电流通常为800毫安。25μs的转换时间加上通常为4μs的通电时间以以下方式对总功耗贡献199.3nw:

(29 μs/800 ms) × (5 V × 1.1 mA) = 199.3 nW

剩余时间对总功耗的贡献为3.9μW。

(799.971 ms/800 ms)×(5 V×800 nA)=3.9μW

因此,在每个循环中消耗的总功率为:199.3西北+3.9μW=940.16μW

安装AD7414/AD7415

AD7414/AD7415可用于表面或空气温度传感应用。如果使用导热粘合剂将设备粘合到表面,则由于设备的低功耗,模具温度在表面温度的0.1°C范围内。如果环境空气温度与被测表面温度不同,则应注意将设备的背面和引线与空气绝缘。

接地引脚提供到模具的最佳热路径,因此模具的温度接近印刷电路接地轨道的温度。应注意确保其与被测表面有良好的热接触。

与任何集成电路一样,AD7414/AD7415及其相关的布线和电路必须避免受潮,以防止泄漏和腐蚀,特别是在更容易发生冷凝的寒冷条件下。耐水性清漆和保形涂料可用于保护。小尺寸的AD7414/AD7415封装允许它们安装在密封的金属探针内,这为设备提供了一个安全的环境。

电源去耦

AD7414/AD7415应至少与V和GND之间的0.1μF陶瓷电容器分离。如果AD7414/AD7415安装在远离电源的地方,这一点尤为重要。

温度精度与供应

保证温度精度规格仅提供3 V和5.5 V电压。图16给出了大样本零件的典型性能特征在2.7 V到5.5 V的全电压范围内。图17给出了一个部件的典型性能特性电压范围为2.7伏至5.5伏。

典型温度误差图

图18显示了一个3.3 V和5.5 V下的VDD设备。

图19显示了温度误差的柱状图环境温度(40°C)超过6000单位。图19显示超过70%的AD7414/AD7415设备测试的温度误差在±0.3°C范围内。



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