德州儀器TMP400溫度傳感器：高精度與靈活性的完美結(jié)合

在電子設(shè)備的設(shè)計中，溫度監(jiān)測是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，尤其是在對溫度敏感的應(yīng)用場景中，如服務(wù)器、工業(yè)控制器、投影儀等。德州儀器（TI）的TMP400溫度傳感器憑借其高精度、可編程性和豐富的功能，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這款優(yōu)秀的溫度傳感器。

文件下載：tmp400.pdf

一、TMP400的核心特性

高精度測量

TMP400具備±1°C的遠(yuǎn)程和本地溫度傳感器精度，無論是監(jiān)測微控制器、微處理器還是FPGA等設(shè)備的溫度，都能提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。而且，它無需校準(zhǔn)，就能為多個IC制造商提供高精度的遠(yuǎn)程溫度測量。

可編程功能

該傳感器具有可編程的非理想因子、串聯(lián)電阻消除、分辨率（9到12位）和閾值限制等功能。這使得工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行靈活配置，以達(dá)到最佳的測量效果。

豐富的功能特性

TMP400還具備警報功能、最小和最大溫度監(jiān)測、多接口地址、警報引腳配置以及二極管故障檢測等特性，為系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供了有力保障。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TMP400的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋了LCD/DLP/LCOS投影儀、服務(wù)器、工業(yè)控制器、中央辦公室電信設(shè)備、臺式和筆記本電腦、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）、工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備以及處理器/FPGA溫度監(jiān)測等多個領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，TMP400能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地監(jiān)測溫度，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

三、技術(shù)細(xì)節(jié)剖析

硬件連接

TMP400采用QSSOP - 16封裝，其引腳配置清晰明了。V+為正電源（2.7V到5.5V），D+和D - 分別為遠(yuǎn)程溫度傳感器的正負(fù)極連接，SCL和SDA為SMBus的串行時鐘線和數(shù)據(jù)線，ALERT為警報引腳，STBY為待機(jī)引腳等。在實際應(yīng)用中，需要注意SCL、SDA和ALERT引腳都需要上拉電阻到V+，同時建議使用0.1μF的電源旁路電容進(jìn)行本地旁路。

電氣特性

在電氣特性方面，TMP400在不同的溫度和電源電壓條件下都能保持穩(wěn)定的性能。例如，在TA = -40°C到+125°C和VS = 2.7V到5.5V的范圍內(nèi)，其本地溫度傳感器的溫度誤差為±1.25到±2.5°C，遠(yuǎn)程溫度傳感器的溫度誤差也能控制在一定范圍內(nèi)。同時，它的轉(zhuǎn)換時間、分辨率、源電流等參數(shù)也都有明確的規(guī)定，為工程師的設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。

寄存器配置

TMP400包含多個寄存器，用于存儲配置信息、溫度測量結(jié)果、溫度比較器的最大/最小限制以及狀態(tài)信息等。這些寄存器包括指針寄存器、溫度寄存器、限制寄存器、狀態(tài)寄存器、配置寄存器、分辨率寄存器、轉(zhuǎn)換速率寄存器、連續(xù)警報寄存器和識別寄存器等。通過對這些寄存器的操作，工程師可以實現(xiàn)對TMP400的各種功能配置。

溫度寄存器

TMP400有四個8位寄存器用于存儲溫度測量結(jié)果，本地和遠(yuǎn)程通道各有一個高字節(jié)寄存器和一個低字節(jié)寄存器。高字節(jié)寄存器存儲溫度的整數(shù)部分，低字節(jié)寄存器存儲溫度的小數(shù)部分。在讀取溫度數(shù)據(jù)時，建議先讀取高字節(jié)寄存器，再讀取低字節(jié)寄存器，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

限制寄存器

限制寄存器用于設(shè)置本地和遠(yuǎn)程測量通道的比較器限制。工程師可以通過寫入相應(yīng)的寄存器來設(shè)置溫度的高、低限制，當(dāng)測量溫度超過這些限制時，ALERT引腳會發(fā)出警報信號。

狀態(tài)寄存器

狀態(tài)寄存器用于報告溫度比較器的狀態(tài)，包括BUSY（ADC是否正在轉(zhuǎn)換）、LHIGH（本地溫度是否超過高限制）、LLOW（本地溫度是否低于低限制）、RHIGH（遠(yuǎn)程溫度是否超過高限制）、RLOW（遠(yuǎn)程溫度是否低于低限制）和OPEN（遠(yuǎn)程晶體管是否開路）等信息。

配置寄存器

配置寄存器主要用于控制關(guān)機(jī)模式和禁用ALERT引腳。其中，MASK位用于啟用或禁用ALERT引腳輸出，SD位用于啟用或禁用溫度測量電路。

分辨率寄存器

分辨率寄存器的RES1和RES0位用于設(shè)置本地溫度測量通道的分辨率，遠(yuǎn)程溫度測量通道的分辨率固定為0.0625°C。不同的分辨率對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)換時間，工程師可以根據(jù)實際需求進(jìn)行選擇。

轉(zhuǎn)換速率寄存器

轉(zhuǎn)換速率寄存器用于控制溫度轉(zhuǎn)換的速率，通過調(diào)整該寄存器的值，可以平衡TMP400的功耗和溫度寄存器的更新速率。

N - 因子校正寄存器

TMP400允許使用不同的n - 因子值將遠(yuǎn)程通道的測量值轉(zhuǎn)換為溫度。通過調(diào)整N - 因子校正寄存器的值，可以根據(jù)具體的晶體管特性進(jìn)行溫度誤差的校正。

最小和最大寄存器

最小和最大寄存器用于存儲自上電、芯片復(fù)位或最小和最大寄存器復(fù)位以來本地和遠(yuǎn)程通道測量到的最小和最大溫度。

軟件復(fù)位

TMP400可以通過向指針寄存器FCh寫入任何值來進(jìn)行復(fù)位，也可以通過Two - Wire通用調(diào)用地址（00000000）進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位操作可以恢復(fù)所有寄存器的上電復(fù)位狀態(tài)，中止正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換，并清除ALERT引腳。

連續(xù)警報寄存器

連續(xù)警報寄存器用于確定在激活A(yù)LERT信號之前，測量通道必須連續(xù)出現(xiàn)多少次超出限制的測量結(jié)果。通過設(shè)置該寄存器的值，可以對ALERT引腳進(jìn)行額外的濾波，避免因環(huán)境噪聲導(dǎo)致的誤警報。

通信接口

TMP400支持Two - Wire和SMBus接口，作為從設(shè)備進(jìn)行通信。在通信過程中，主設(shè)備通過發(fā)送START和STOP條件來控制數(shù)據(jù)的傳輸，同時通過發(fā)送從設(shè)備地址字節(jié)來選擇要通信的設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸采用MSB優(yōu)先的方式，并且每個數(shù)據(jù)字節(jié)后面都有一個確認(rèn)位。

特殊功能

串聯(lián)電阻消除

在應(yīng)用電路中，串聯(lián)電阻可能會導(dǎo)致溫度測量出現(xiàn)偏移。TMP400可以通過將分辨率寄存器中的RC位設(shè)置為‘1’來自動消除高達(dá)3kΩ的串聯(lián)電阻，從而提高測量的準(zhǔn)確性。

差分輸入電容

TMP400能夠容忍高達(dá)1000pF的差分輸入電容（當(dāng)RC = 1時），并且在電容變化時，溫度誤差的變化很小。

超時功能

當(dāng)連續(xù)警報寄存器的第7位設(shè)置為高電平時，TMP400的超時功能將被啟用。如果SCL或SDA在START和STOP條件之間被拉低超過30ms（典型值），TMP400將重置串行接口。

警報功能

ALERT引腳是TMP400的警報輸出引腳，當(dāng)測量的本地或遠(yuǎn)程溫度超出相應(yīng)的溫度高/低限制范圍，或者遠(yuǎn)程溫度傳感器開路時，ALERT引腳會拉低。該引腳可以與其他設(shè)備的警報引腳進(jìn)行線或連接，用于系統(tǒng)對多個傳感器的監(jiān)測。

待機(jī)模式

TMP400的STBY引腳用于控制設(shè)備的待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)STBY引腳被拉低時，設(shè)備將被禁用；當(dāng)STBY引腳被拉高時，設(shè)備恢復(fù)正常工作。

四、設(shè)計注意事項

布局考慮

由于TMP400的遠(yuǎn)程溫度傳感需要測量非常小的電壓和電流，因此在布局時需要盡量減少IC輸入處的噪聲。具體建議包括：將TMP400放置在離遠(yuǎn)程結(jié)傳感器盡可能近的位置；將D+和D - 走線相鄰布置，并使用接地保護(hù)走線進(jìn)行屏蔽；盡量減少銅 - 焊料連接產(chǎn)生的額外熱電偶結(jié)；使用0.1μF的本地旁路電容；根據(jù)連接距離選擇合適的連接方式等。

濾波處理

為了減少噪聲對測量結(jié)果的影響，TMP400在D+和D - 輸入處內(nèi)置了65kHz的濾波器。此外，建議在遠(yuǎn)程溫度傳感器的輸入兩端差分放置一個100pF到1nF的旁路電容，以提高應(yīng)用的抗干擾能力。當(dāng)需要添加串聯(lián)電阻時，其值不應(yīng)超過3kΩ，并且必須啟用電阻校正（RC = 1）。

遠(yuǎn)程傳感

TMP400可以與分立晶體管或內(nèi)置在處理器芯片和ASIC中的襯底晶體管配合使用。在選擇離散晶體管作為遠(yuǎn)程溫度傳感器時，應(yīng)根據(jù)基極 - 發(fā)射極電壓、基極電阻和hFE等參數(shù)進(jìn)行選擇，以確保測量的準(zhǔn)確性。

測量精度和熱考慮

TMP400的溫度測量精度取決于遠(yuǎn)程和/或本地溫度傳感器與被監(jiān)測系統(tǒng)點的溫度一致性。同時，TMP400的熱時間常數(shù)約為2秒，在環(huán)境溫度快速變化時，需要考慮傳感器的響應(yīng)時間。此外，TMP400的內(nèi)部功耗也會導(dǎo)致溫度升高，在設(shè)計時需要進(jìn)行相應(yīng)的考慮。

五、總結(jié)

TMP400是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的溫度傳感器，它為電子工程師提供了高精度、可編程性和豐富的功能特性。在實際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體的需求對TMP400進(jìn)行靈活配置，以滿足不同場景的溫度監(jiān)測要求。同時，在設(shè)計過程中，需要注意布局、濾波、遠(yuǎn)程傳感等方面的問題，以確保測量的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。希望本文能為廣大電子工程師在使用TMP400進(jìn)行設(shè)計時提供一些有益的參考。

大家在使用TMP400的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。