低功耗微處理系統(tǒng)溫度監(jiān)視器-ADM1021

作者：時(shí)間：2011-05-29 來源：網(wǎng)絡(luò)

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ADM1021溫度測控芯片采用最新的測量技術(shù)避免了常規(guī)方法中的預(yù)先校準(zhǔn)過程，且具有設(shè)定溫度限定值方便、AD轉(zhuǎn)換率可選等優(yōu)點(diǎn)，作為低功耗的溫度監(jiān)視器表現(xiàn)出良好的性能，在臺式電腦、筆記本式電腦等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是理想的溫度測量儀器。

概述

　　ADM1021芯片由兩通道數(shù)字溫度計(jì)和溫度報(bào)警器組成，可用于個(gè)人計(jì)算機(jī)或其他需要溫度監(jiān)控和管理的系統(tǒng)。該器件使用二極管連接的PNP型三極管測量諸如PenitumⅡ或類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(zhǔn)過程。第二測量通道接收外部溫度傳感器的輸出，用以監(jiān)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(shè)備等方面應(yīng)用廣泛。

　　ADM1021芯片使用符合SMBus標(biāo)準(zhǔn)的雙線串行接口進(jìn)行連通，并可通過串行總線對溫度極值的上下限進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)片內(nèi)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(bào)警。

圖1：ADM1021芯片的各引腳功能如表1所列

低功耗微處理系統(tǒng)溫度監(jiān)視器

　　　　　　　　　天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院湯海濤李剛健

概述

圖1：ADM1021芯片的各引腳功能如表1所列

ADM1021芯片的結(jié)構(gòu)功能框圖如圖1所示。

引腳功能

ADM1021芯片的各引腳功能如表1所列。

工作原理

　　ADM1021芯片包含一個(gè)兩通道AD轉(zhuǎn)換器，它以片內(nèi)/片外溫度傳感器工作結(jié)果為信號輸入并加以轉(zhuǎn)換。當(dāng)ADM1021正常工作狀態(tài)時(shí)，AD轉(zhuǎn)換器工作在自由運(yùn)行狀態(tài)，模擬多路器選擇片內(nèi)或片外溫度傳感器的測量結(jié)果，經(jīng)ADC數(shù)字化后，以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在片內(nèi)和片外8位溫度值寄存器中。

　　在測量結(jié)果與存儲在芯片極值寄存器內(nèi)的溫度限定值比較后，如存在越界信號將使?fàn)顟B(tài)寄存器置位，并將引腳ALERT的輸出信號拉低。

　　可借助串行管理總線對寄存器的值進(jìn)行預(yù)置和修改，并可通過SMBus讀回寄存器的值。其控制和修改的功能包括：

　　● 選擇器件在正常工作模式或備用模式

　　● 屏蔽引腳ALERT的輸出或使其有效

　　● 選擇轉(zhuǎn)換頻率

1. 測量原理

　　測量溫度的最簡單的方法是利用恒電流下的二極管的負(fù)溫度系數(shù)或三極管的基極-發(fā)射極電壓計(jì)算得出的。然而，這需要考慮Vbe與零的相對值，通常這個(gè)參數(shù)是隨器件的不同而變化的。

　　ADM1021測量Vbe在不同電流下的變化值，其公式如下：

　　△Vbe= KT/q×In(N)

　　其中：K是玻爾茲曼常數(shù)（1.38×10-23J/K）

　　q是電子電荷數(shù)（1.6×10-19庫侖）

　　T是Kelvins溫度

　　N是兩電流的比值

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(jiān)控微處理器的溫度（應(yīng)注意的是如果使用的是分立式三極管，其集電極不應(yīng)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(fù)端接三極管后再與地連接，這是利用二極管的內(nèi)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3000pF）。

　　為了測量ΔVbe可用一開關(guān)在I與N×I之間進(jìn)行切換，其輸出通過一個(gè)65kHz低通濾波器去除噪聲。然后，經(jīng)過削波漂移補(bǔ)償放大器（chopper-stabilized amplifier）進(jìn)行信號放大和波形整流，在經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后以8位二進(jìn)制補(bǔ)碼形式輸出。

片內(nèi)溫度傳感器的信號處理過程與此相同。

2. 溫度數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換率的限制，實(shí)際上其測量范圍是從-65℃到+127℃。具體數(shù)據(jù)如表2所示。

3. 寄存器

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

　　ADM1021的寄存器有雙重地址，其讀地址和寫地址不同，任何試圖對讀地址寫操作或?qū)懙刂纷x操作都將導(dǎo)致非法錯(cuò)誤。此外，寄存器中0Fh以上的地址保留用做出廠時(shí)測試使用或留待以后使用，不可以被寫入。

4. 串行總線接口

　　ADM1021的控制是依靠串行總線完成的，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(dāng)主控器件將地址通過總線送出后，從屬器件會(huì)有所應(yīng)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。見表4所示。

6. 工作周期

　　串行總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)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(xù)9個(gè)SCLK脈沖中執(zhí)行一個(gè)寫/讀操作。在R/W為0時(shí)，主機(jī)向從屬器件寫入數(shù)據(jù)；在R/W為1時(shí)，主機(jī)從從屬器件中讀入數(shù)據(jù)。值得注意的是ADM1021的寫地址和讀地址不同，如果混淆兩個(gè)地址會(huì)產(chǎn)生非法錯(cuò)誤。

（1）寫操作

　　ADM1021有兩種寫操作，一種是先向地址指針寄存器中寫入準(zhǔn)備寫入的寄存器地址，在將數(shù)據(jù)寫入這個(gè)選定的寄存器中。其時(shí)序圖見圖3所示。

另一種寫操作是只向地址指針寄存器寫入數(shù)據(jù)，其時(shí)序圖見圖4所示。

（2）讀操作

ADM1021的讀操作與寫操作類似，只是R/W為1，其時(shí)序圖見圖5所示。

應(yīng)用設(shè)計(jì)

1. 應(yīng)用電路

　　圖6是ADM1021的典型應(yīng)用電路，使用分立式三極管作傳感器并使用雙絞線屏蔽網(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. 線路布局

　　D +、D-應(yīng)相互靠近、平行布線，并需提供地線；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。