數(shù)字溫度傳感器LM86及其應(yīng)用

LM86是美國國家半導(dǎo)體公司推出的一款11位遠(yuǎn)程半導(dǎo)體數(shù)字溫度傳感器，具有雙線系統(tǒng)管理總線(SMBus)串行接口，能夠精確測量自身溫度及外部設(shè)備的溫度。芯片內(nèi)設(shè)一個半導(dǎo)體元件用于感應(yīng)芯片自身溫度(本地溫度)，遠(yuǎn)程傳感器為分立元件二極管或埋設(shè)在被測溫的IC內(nèi)的晶體管連接而成的二極管。只要放置一個專用二極管在目標(biāo)裸片，就可以使用LM86準(zhǔn)確測量任何ASIC的溫度。±0．75℃的準(zhǔn)確性是廠家針對移動PentiumⅢ熱敏二極管的1．008典型非理想因素而設(shè)計的。

1 工作原理

1．1功能描述

LM86溫度傳感器把一個使用本地或遠(yuǎn)程二極管的基于溫度傳感器的 VBE變量與一個10位正ADC相結(jié)合(LM86的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示)。LM86與串行SMBus版本2．0雙線接口相兼容。數(shù)字比較器比較被測本地溫度(LT)與本地上限(LHS)、本地下限(LLS)和本地T CRIT(LCS)用戶編程溫度限制寄存器。被測遠(yuǎn)程溫度(RT)以數(shù)字量與遠(yuǎn)程上限(RHS)、遠(yuǎn)程下限(RLS)和遠(yuǎn)程T_CRIT(RCS)用戶編程溫度限制寄存器比較。A-LERT#輸出激活指示比較超出T CRIT或上下限寄存器中的預(yù)置值。T CRIT A#輸出通過內(nèi)部滯回比較器來響應(yīng)，滯回功能通過設(shè)置滯回寄存器(TH)的值來實現(xiàn)。當(dāng)溫度低于T CRIT設(shè)置值時，T CRIT A#有效。當(dāng)遠(yuǎn)程溫度和本地溫度同時讀時，滯回寄存器會受影響。

LM86通過設(shè)置配置寄存器的位可處于低功耗模式。在這種模式下LM86的SMBus接口中所有不需要的電路都關(guān)閉。本地溫度和溫度上下限數(shù)據(jù)寄存器為8位。11位遠(yuǎn)程溫度數(shù)據(jù)是一個16位字。兩個偏移寄存器（RTOLB和RTOHB）用來補(bǔ)償非理想誤差。報導(dǎo)的遠(yuǎn)程溫度讀數(shù)通過對實際溫度加減偏移寄存器中的值來調(diào)整。

圖2 為LM86接線圖，對于兩種封裝MSOP-8或SOIC-8具有同樣的管腳排列。管腳功能詳細(xì)說明見表1。

1．2主要特點

LM86為單電源供電，直流3．0～3．6 V，典型供電電流0．8 mA。本地溫度精度為25～125℃±3．0℃。遠(yuǎn)程二極管溫度精度根據(jù)本地溫度的范圍值而有所不同。本地溫度為30℃時，遠(yuǎn)程溫度為80℃±0．75℃；本地溫度為30～50℃時，遠(yuǎn)程溫度在60～100℃士1．0℃之間；0～85℃的本地溫度所對應(yīng)的遠(yuǎn)程溫度為25～125℃土3．O℃。

LM86的存儲溫度在一65～150℃之間。除此之外還有以下特點：

(1)精確傳感遠(yuǎn)程IC或二極管連接的裸片溫度；

(2)偏移寄存器允許精確傳感多種類型的二極管；

(3)本地溫度傳感；

(4)10位以上信號遠(yuǎn)程二極管溫度數(shù)據(jù)格式，0．125℃分辨率；

(5)與系統(tǒng)停機(jī)有用的T CRIT A#輸出；

(6)ALERT#輸出支持SMBus 2．0協(xié)議；

(7)SMBus 2．0兼容接口，支持TIMEOUT：

(8)8管腳MSOP和SOIC封裝。

2報警輸出(ALERRT#)

LM86的ALERT#管腳是一個低電平有效漏極開路報警輸出，由超出溫度限制寄存器所定義的極限溫度轉(zhuǎn)換所觸發(fā)，報警輸出的復(fù)位取決于所用的選擇方式。LM86的ALERT#輸出適用于3種不同的使用方式來最好地服務(wù)于系統(tǒng)設(shè)計者：作為溫度比較器，作為基于中斷標(biāo)志的溫度和作為SMBus報警系統(tǒng)的一部分。每個溫度讀數(shù)，本地溫度和遠(yuǎn)程溫度(LT和RT)與一個T CRIT溫度限制寄存器(LCS，RCS)相關(guān)，一個上限溫度限制寄存器(LHS和RHS)和一個下限溫度限制寄存器(LLS和RLS)。在每個溫度讀數(shù)結(jié)束后，數(shù)字比較器確定讀數(shù)是否高于他的上限溫度限制寄存器T CRIT設(shè)置值或低于他的下限設(shè)置值。如果這樣，狀態(tài)寄存器中的相應(yīng)的位被置位，任何超出極限的溫度轉(zhuǎn)換都會觸發(fā)報警。通常，配置寄存器中的報警屏敝位必須被清除以便來觸發(fā)所有模式的報警。

2．1 作為溫度比較的報警輸出

當(dāng)LM86接在一個不執(zhí)行中斷的系統(tǒng)中時，報警輸出能用作溫度比較器。在這種使用方式下，一旦觸發(fā)報警變低的條件不再存在，報警就解除。例如，如果報警輸出通過LT>LHS的比較被激活，當(dāng)這個條件不再是真時，報警將保持高。只要所有的寄存器都在初始化時配置好，這種模式允許不要軟件干預(yù)而實現(xiàn)操作。為了使報警能用作溫度比較器，過濾器(FILTER)和報警配置寄存器(xBF)中的DO位必須設(shè)置為高。
2．2 作為中斷的報警輸出

當(dāng)LM86用來觸發(fā)一個中斷服務(wù)程序時，ALERT#可以作為一個簡單的中斷信號來完成。在這種系統(tǒng)中，ALERT#用于觸發(fā)一個中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序沒有完成之前或正在執(zhí)行中時，不希望中斷標(biāo)志被重復(fù)觸發(fā)。在狀態(tài)寄存器讀期間，如果狀態(tài)寄存器中除D7和D2以外的任何位被置位，LM86將把報警屏敝位置位，阻止進(jìn)一步的報警觸發(fā)，直到在中斷服務(wù)程序結(jié)束時主機(jī)發(fā)出復(fù)位指令使屏敝解除。

下面的步驟描述了一個使用ALERT#管腳作為中斷標(biāo)志的系統(tǒng)響應(yīng)：

(1)主機(jī)感應(yīng)到ALERT#為低；

(2)主機(jī)讀LM86狀態(tài)寄存器以確定引起報警的原因；

(3)LM86清除狀態(tài)寄存器，復(fù)位報警信號為高，設(shè)置報警屏敝位(配置寄存器的D7位)；

(4)主機(jī)關(guān)注引起報警的條件。風(fēng)扇被啟動，溫度設(shè)置極限調(diào)整等；

(5)主機(jī)復(fù)位報警屏敝。

2．3 報警輸出作為一個SMBus報警

當(dāng)ALERT#被連接到一個或多個其他SMBus兼容器件的報警輸出并且連到主機(jī)上時，一條SMBus報警線被建立。在這種實現(xiàn)中，LM86的報警將被操作使用ARA(Alert Response Address)協(xié)議。用SMBus指標(biāo)2．O定義的SMBus 2．O ARA協(xié)議，是一個用來輔助主機(jī)分解哪部分產(chǎn)生一個中斷并盡可能不地阻斷系統(tǒng)去服務(wù)于那個中斷的程序。

ARA，000 1100，是一個通用的訪問地址。沒有器件曾經(jīng)賦于這個地址。為了使LM86來響應(yīng)ARA命令，濾波器和報警配置寄存器(xBF)中的位DO(報警配置位)必須設(shè)置為低。通過設(shè)置配置寄存器的報警屏敝位D7可以解除報警輸出。

3 通訊方式

3．1 SMBus接口

LM86作為SMBus上的從站，所以SMBCLK線是輸入，SMBData線是雙向的。按照SMBus總線規(guī)格，LM86有一個7位從站地址。從A6到A0的所有位已被內(nèi)部編程，不能夠通過軟件或硬件來改變。這個完整的從站地址是：