SGM451：高精度溫度傳感器的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計中，精確的溫度測量至關(guān)重要。SG Micro Corp推出的SGM451溫度傳感器，以其高精度、低功耗等特性，成為眾多應(yīng)用場景的理想選擇。下面，我們就來深入了解一下這款傳感器。

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產(chǎn)品概述

SGM451是一款高精度、低功耗的溫度傳感器，集成了本地和遠(yuǎn)程溫度通道。遠(yuǎn)程傳感器可由分立晶體管或二極管構(gòu)成，這些元件可集成在MCU和FPGA內(nèi)部。該傳感器為12位設(shè)備，分辨率僅為0.0625℃，能以±0.3℃（典型值）的精度測量本地二極管傳感器的溫度，以±0.8℃（典型值）的精度測量遠(yuǎn)程二極管傳感器的溫度。

通過兼容SMBus通信協(xié)議的兩線串行接口，可實現(xiàn)與SGM451的通信，并訪問其內(nèi)部寄存器。SGM451具有諸多優(yōu)勢，如消除串聯(lián)電阻、校準(zhǔn)偏移、更改數(shù)字濾波器的截止頻率、通過編程更改溫度限制和非理想因子等，這些特性對提高傳感器的精度具有重要意義。

SGM451適用于應(yīng)用系統(tǒng)中多個位置的高精度溫度測量，其3.0V至5.5V的寬電源電壓范圍使其可應(yīng)用于廣泛的領(lǐng)域，包括低功耗設(shè)備。該設(shè)備的工作溫度范圍為 -40℃至 +125℃。

產(chǎn)品特性

高精度測量

• 本地二極管傳感器：精度可達(dá)±0.3℃（典型值）。
• 遠(yuǎn)程二極管傳感器：精度為±0.8℃（典型值）。
• 分辨率：本地和遠(yuǎn)程通道分辨率均為0.0625℃。

寬電壓范圍

• 電源和邏輯電壓范圍：3.0V至5.5V，在3.3V電源下支持1.8V I2C總線電壓。

低功耗

• 工作電流：典型值為15μA。
• 關(guān)斷電流：典型值為0.4μA。

其他特性

• 具備消除串聯(lián)電阻、校準(zhǔn)偏移、可編程數(shù)字濾波器、二極管故障檢測等功能。
• 采用兩線和SMBus串行接口。
• 提供綠色TDFN - 2×2 - 8BL封裝。

應(yīng)用領(lǐng)域

SGM451的高精度和低功耗特性使其在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括：

• 計算系統(tǒng)：如CPU、GPU、DSP和FPGA計算系統(tǒng)。
• 消費電子：智能手機(jī)和計算機(jī)。
• 服務(wù)器和桌面設(shè)備。
• 存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SANs）。
• 電信設(shè)備。

電氣特性

溫度誤差

在不同的溫度范圍和條件下，SGM451的溫度誤差表現(xiàn)良好。例如，在 -20°C至 +85°C的環(huán)境溫度下，本地溫度傳感器的誤差典型值為±0.3℃；在 -40°C至 +125°C的環(huán)境溫度下，遠(yuǎn)程溫度傳感器的誤差典型值為±0.8℃。

溫度測量相關(guān)參數(shù)

• 轉(zhuǎn)換時間：單次測量模式下，本地和遠(yuǎn)程總轉(zhuǎn)換時間典型值為32ms。
• 分辨率：本地和遠(yuǎn)程溫度傳感器分辨率均為12位。
• 遠(yuǎn)程傳感器源電流：高、中、低三種模式下分別為120μA、45μA和7.5μA。

SMBus接口

• 輸入電壓：高電平輸入電壓典型值為1.6V，低電平輸入電壓最大值為0.8V。
• 時鐘頻率：范圍為0.01MHz至2.5MHz。

電源相關(guān)參數(shù)

• 電源電壓范圍：3.0V至5.5V。
• 靜態(tài)電流：根據(jù)不同的轉(zhuǎn)換速率，靜態(tài)電流有所不同。例如，每秒0.0625次轉(zhuǎn)換時，典型值為15μA；每秒16次轉(zhuǎn)換時，典型值為93μA。

功能詳細(xì)介紹

溫度測量數(shù)據(jù)

本地和遠(yuǎn)程溫度傳感器的分辨率為12位，對應(yīng)0.0625℃（LSB）。不同溫度對應(yīng)不同的二進(jìn)制形式，可通過標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制和擴(kuò)展二進(jìn)制表示。測量溫度低于0℃時，二進(jìn)制形式始終為00h；高于 +127℃時，二進(jìn)制形式為7Fh。通過更改配置寄存器的RANGE位，可擴(kuò)展溫度測量范圍至 -64℃至 +191℃。

串聯(lián)電阻消除

SGM451的串聯(lián)電阻消除技術(shù)可消除由PCB走線電阻或RC低通濾波器引起的測量誤差，最大可消除1kΩ的電阻，無需額外的溫度偏移校正。

差分輸入電容

差分輸入之間允許的最大電容為1000pF，可減少溫度測量誤差。

濾波

SGM451集成了65kHz濾波器，輸入兩端的電容可增強(qiáng)抗噪能力，建議電容值在100pF至1000pF之間。此外，還可使用內(nèi)部數(shù)字濾波器進(jìn)一步降低噪聲影響，該濾波器有兩個可編程級別。

傳感器故障檢測

若二極管連接不正確，SGM451的D + 引腳會產(chǎn)生故障信號。開路可被檢測到，短路時等效溫度為 -64℃。當(dāng)D + 引腳電壓超過VCC + 0.3V時，內(nèi)部檢測電路會觸發(fā)。

nALERT和nTHERM功能

nTHERM寄存器存儲溫度傳感器的滯后值，nALERT寄存器通過CONAL[2:0]位確定限制次數(shù)。nALERT引腳提供額外的濾波功能。

設(shè)備功能模式

• 關(guān)斷模式（SD）：將配置寄存器的SD位拉高，可關(guān)閉除數(shù)字串行接口外的電路，實現(xiàn)最大程度的功耗節(jié)省。
• 單次測量模式：當(dāng)配置寄存器的SD位為1時，向單次啟動寄存器寫入任意值，可啟動一次轉(zhuǎn)換和比較周期，完成后返回關(guān)斷模式。

編程串行接口

SGM451在兩線或SMBus系統(tǒng)中作為從設(shè)備運(yùn)行，SDA和SCL線是數(shù)字接口的主要線路。集成的施密特觸發(fā)器和濾波器可抑制總線噪聲和輸入尖峰。支持快速（1kHz至400kHz）和高速（1kHz至2.5MHz）模式，MSB位首先傳輸。

總線概述

SMBus接口用于SGM451設(shè)備，主設(shè)備發(fā)起傳輸，從設(shè)備受主設(shè)備控制。通信開始時，主設(shè)備發(fā)送START信號，然后發(fā)送從設(shè)備地址和R/W位，從設(shè)備確認(rèn)后開始數(shù)據(jù)傳輸，傳輸結(jié)束時主設(shè)備發(fā)送STOP信號。

總線定義

• 確認(rèn)：從設(shè)備被尋址后，發(fā)送確認(rèn)位表示成功尋址。
• 總線空閑：SDA和SCL始終保持高電平。
• 數(shù)據(jù)傳輸：主設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量無限制，接收設(shè)備發(fā)送確認(rèn)位表示成功接收。
• 開始和停止數(shù)據(jù)傳輸：START條件下，SDA線從高到低；STOP條件下，SDA線從低到高。

串行總線地址

主設(shè)備與SGM451通信時，需先發(fā)送地址字節(jié)，SGM451的從設(shè)備地址為4Ch（1001100b）。

讀寫操作

寫操作時，主設(shè)備先發(fā)送指針寄存器地址和R/W位，再發(fā)送相應(yīng)字節(jié)以訪問寄存器。讀操作時，使用指針寄存器中存儲的最后值確定要讀取的寄存器。若需要重復(fù)讀取，無需連續(xù)發(fā)送指針地址字節(jié)。

超時功能

啟用SMBus的超時功能后，若SDA和SCL在START和STOP之間保持低電平25ms，SGM451的串行接口將復(fù)位。可通過設(shè)置通信頻率或控制連續(xù)nALERT寄存器的SMBTO位來啟用或禁用超時功能。

高速模式

當(dāng)兩線總線通信頻率高于1MHz時，主設(shè)備在START條件后發(fā)送相應(yīng)的主代碼（00001xxx），SGM451切換輸入和輸出濾波器以支持高達(dá)2.5MHz的通信頻率。

通用調(diào)用復(fù)位

通過兩線通用調(diào)用地址00h（00000000）可復(fù)位SGM451，若接收到的第二個字節(jié)為06h（00000110），則啟動軟件復(fù)位。

寄存器信息

SGM451內(nèi)部有多個寄存器，用于存儲溫度測量結(jié)果、配置信息和狀態(tài)信息。

指針寄存器

用于尋址數(shù)據(jù)寄存器，在讀寫操作前需設(shè)置指針寄存器的值，上電復(fù)位值為00h。

本地和遠(yuǎn)程溫度寄存器

數(shù)字溫度結(jié)果存儲在多個8位寄存器中，高字節(jié)存儲1℃分辨率的溫度值，低字節(jié)存儲0.0625℃分辨率的小數(shù)部分。這些寄存器為只讀，測量完成后更新。

狀態(tài)寄存器

指示內(nèi)部ADC狀態(tài)、遠(yuǎn)程傳感器連接情況和溫度比較器狀態(tài)。通過讀取狀態(tài)寄存器可清除相關(guān)標(biāo)志位。

配置寄存器

控制nALERT輸出、設(shè)備工作模式、引腳配置和溫度測量范圍等。上電復(fù)位值為00h。

轉(zhuǎn)換速率寄存器

控制溫度轉(zhuǎn)換速率，默認(rèn)值為每秒16次轉(zhuǎn)換，對應(yīng)寄存器值為08h。

遠(yuǎn)程溫度偏移寄存器

存儲系統(tǒng)偏移值，用于校準(zhǔn)遠(yuǎn)程溫度測量結(jié)果。

η - 因子校正寄存器

用于調(diào)整η - 因子，上電復(fù)位值為00h，對應(yīng)η = 1.008。

制造商ID寄存器

通過讀取FEh寄存器可獲取制造商代碼，SGM451的制造商代碼為55h。

應(yīng)用信息

連接方式

測量遠(yuǎn)程溫度時，需將外部晶體管連接到D + 和D - 引腳；僅測量本地溫度時，將D + 和D - 引腳連接到GND。SDA、SCL和nALERT/nTHERM2引腳需上拉電阻，VCC引腳需0.1μF旁路電容。

設(shè)計要求

選擇外部晶體管時，需考慮基極 - 發(fā)射極電壓、基極電阻和hFE等參數(shù)。SGM451的η - 因子修剪值為1.008，可通過公式計算因η - 因子不匹配導(dǎo)致的誤差。

詳細(xì)設(shè)計流程

本地溫度傳感器監(jiān)測環(huán)境空氣，熱時間常數(shù)約為2秒。測量精度受PCB板溫度、氣流和SGM451自身功耗等因素影響。

電源建議

SGM451支持3.0V至5.5V的電源電壓，推薦使用3.3V。電源引腳需旁路電容，典型值為100nF，若電源噪聲較大，需額外的旁路電容。

布局建議

為減少輸入噪聲，提高測量精度，SGM451應(yīng)靠近遠(yuǎn)程傳感器放置，D + 和D - 引腳的PCB走線應(yīng)靠近并屏蔽，減少額外的熱電偶結(jié)，使用適當(dāng)?shù)臑V波電容，根據(jù)連接長度選擇合適的連接方式，并清理引腳周圍的助焊劑殘留物。

總結(jié)

SGM451溫度傳感器以其高精度、低功耗、豐富的功能和廣泛的應(yīng)用范圍，為電子工程師在溫度測量領(lǐng)域提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際設(shè)計中，合理應(yīng)用其各項特性和遵循相關(guān)的設(shè)計建議，可確保獲得準(zhǔn)確可靠的溫度測量結(jié)果。你在使用SGM451或其他溫度傳感器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。