低功耗微處理系統溫度監視器-ADM1021

ADM1021溫度測控芯片采用最新的測量技術(shù)避免了常規方法中的預先校準過(guò)程，且具有設定溫度限定值方便、AD轉換率可選等優(yōu)點(diǎn)，作為低功耗的溫度監視器表現出良好的性能，在臺式電腦、筆記本式電腦等領(lǐng)域應用廣泛，是理想的溫度測量?jì)x器。

概述

　　ADM1021芯片由兩通道數字溫度計和溫度報警器組成，可用于個(gè)人計算機或其他需要溫度監控和管理的系統。該器件使用二極管連接的PNP型三極管測量諸如PenitumⅡ或類(lèi)似的微處理器的芯片溫度，也可以使用低功耗的非連接NPN/PNP型器件（如2N3904/2N3906）測量溫度。由于采用了一種新穎的測量技術(shù)，抵消了基極和發(fā)射極間的電壓，避免了所需的校準過(guò)程。第二測量通道接收外部溫度傳感器的輸出，用以監控器件及環(huán)境的溫度,在臺式電腦、筆記本式電腦、靈敏電池組、工業(yè)控制、遙控設備等方面應用廣泛。

　　ADM1021芯片使用符合SMBus標準的雙線(xiàn)串行接口進(jìn)行連通，并可通過(guò)串行總線(xiàn)對溫度極值的上下限進(jìn)行設定。當片內或片外的溫度越界時(shí)，引腳ALERT輸出信號產(chǎn)生中斷或SMBus報警。

圖1：ADM1021芯片的各引腳功能如表1所列

圖：2使用片外溫度傳感器的電路連接圖

圖2顯示了使用片外溫度傳感器的電路連接圖。圖中用一個(gè)襯底三極管作為片外傳感器，用以監控微處理器的溫度（應注意的是如果使用的是分立式三極管，其集電極不應接地而是要連接在基極上）。為了避免測量中對地噪聲的干擾，傳感器的負端接三極管后再與地連接，這是利用二極管的內部偏壓特性。電容C1可被視為噪聲濾波器，其平均值可取2200pF（但不要超過(guò)3000pF）。

　　為了測量ΔVbe可用一開(kāi)關(guān)在I與N×I之間進(jìn)行切換，其輸出通過(guò)一個(gè)65kHz低通濾波器去除噪聲。然后，經(jīng)過(guò)削波漂移補償放大器（chopper-stabilized amplifier）進(jìn)行信號放大和波形整流，在經(jīng)AD轉換后以8位二進(jìn)制補碼形式輸出。

片內溫度傳感器的信號處理過(guò)程與此相同。

2. 溫度數據初始化

　　ADC的LSB（最低有效位，Least Significant Bit）與1℃相關(guān)，所以理論上ADC的測量范圍是從-128℃到+127℃；但由于器件的最大轉換率的限制，實(shí)際上其測量范圍是從-65℃到+127℃。具體數據如表2所示。

3. 寄存器

　　ADM1021有9個(gè)寄存器，分別存儲片內/片外溫度測量的結果、片內/片外溫度限定值的上限和下限以及器件的配置參數。表3給出了這些寄存器的具體說(shuō)明。

　　ADM1021的寄存器有雙重地址，其讀地址和寫(xiě)地址不同，任何試圖對讀地址寫(xiě)操作或對寫(xiě)地址讀操作都將導致非法錯誤。此外，寄存器中0Fh以上的地址保留用做出廠(chǎng)時(shí)測試使用或留待以后使用，不可以被寫(xiě)入。

4. 串行總線(xiàn)接口

　　ADM1021的控制是依靠串行總線(xiàn)完成的，ADM1021可以借此與從屬部件器件相連，也可被主控器件控制。

5. 地址引腳

　　通常，每個(gè)SMBus器件有一個(gè)7位地址，當主控器件將地址通過(guò)總線(xiàn)送出后，從屬器件會(huì )有所應答。ADM1021有兩個(gè)地址引腳ADD0和ADD1可以選擇使用，故幾個(gè)ADM1021可以使用一條總線(xiàn)以避免其他器件的影響。由于地址引腳有接地、空接、與VDD相連三態(tài)可以選擇，所以共有9種不同的可能地址。見(jiàn)表4所示。

6. 工作周期

　　串行總線(xiàn)上傳輸的數據以8位作為一個(gè)有效位，由7位地址位和1個(gè)R/W位組成。在SDATA為低后連續9個(gè)SCLK脈沖中執行一個(gè)寫(xiě)/讀操作。在R/W為0時(shí)，主機向從屬器件寫(xiě)入數據；在R/W為1時(shí)，主機從從屬器件中讀入數據。值得注意的是ADM1021的寫(xiě)地址和讀地址不同，如果混淆兩個(gè)地址會(huì )產(chǎn)生非法錯誤。

（1）寫(xiě)操作

　　ADM1021有兩種寫(xiě)操作，一種是先向地址指針寄存器中寫(xiě)入準備寫(xiě)入的寄存器地址，在將數據寫(xiě)入這個(gè)選定的寄存器中。其時(shí)序圖見(jiàn)圖3所示。

另一種寫(xiě)操作是只向地址指針寄存器寫(xiě)入數據，其時(shí)序圖見(jiàn)圖4所示。

（2） 讀操作

ADM1021的讀操作與寫(xiě)操作類(lèi)似，只是R/W為1，其時(shí)序圖見(jiàn)圖5所示。

應用設計

1. 應用電路

　　圖6是ADM1021的典型應用電路，使用分立式三極管作傳感器并使用雙絞線(xiàn)屏蔽網(wǎng)與之相連，其中引腳SCLK、SDATA、ALERT在不使用時(shí)必須掛起。

　　引腳SCLK和SDATA可以通過(guò)接口直接與I/O控制器的SMBus相連，如圖7的連接圖所示。圖中使用的I/O控制器是Intel PCI ISA IDE Xcelerator（PⅡX4）芯片8237 1AB。

2. 線(xiàn)路布局

　　D +、D-應相互靠近、平行布線(xiàn)，并需提供地線(xiàn)；在引腳VDD處連接0.1μF的旁路電容；在D+之后連接2200pF的輸入濾波電容，這些都可以減少噪聲對測量的影響。

圖3：寫(xiě)操作1時(shí)序圖

圖4：寫(xiě)操作2時(shí)序圖

圖：5讀操作時(shí)序圖

由于A(yíng)DM1021的片外傳感器很敏感，所以在測量時(shí)應將可能的噪聲減至最少。在測量中盡可能將ADM1021與片外傳感器靠近，注意遠離諸如時(shí)鐘信號發(fā)生器、數據/地址總線(xiàn)之類(lèi)的信號源，此時(shí)距離可保持在4到8英寸。

　　過(guò)長(cháng)的導線(xiàn)其串聯(lián)的阻值會(huì )引起測量溫度的偏差，大約1Ω串聯(lián)阻值產(chǎn)生0.5℃的溫差錯誤。

整個(gè)器件中要減少銅焊接的頭的數量，以避免熱電偶的影響。