深入解析LM86：高精度數(shù)字溫度傳感器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，溫度監(jiān)測與控制是一個關鍵的環(huán)節(jié)。無論是計算機系統(tǒng)的熱管理，還是電子測試設備、辦公電子設備的穩(wěn)定運行，都離不開精確可靠的溫度傳感器。今天，我們就來深入探討一款性能卓越的數(shù)字溫度傳感器——LM86。

文件下載：lm86.pdf

一、LM86概述

LM86是德州儀器（Texas Instruments）推出的一款11位數(shù)字溫度傳感器，它采用2線制系統(tǒng)管理總線（SMBus）串行接口，不僅能精確測量自身溫度，還能測量外部設備（如處理器熱二極管或二極管連接晶體管）的溫度。其遠程傳感器精度可達±0.75°C，為各種應用場景提供了高精度的溫度測量解決方案。

（一）產(chǎn)品特性

1. 高精度溫度測量：能夠精確感應遠程IC或二極管結的芯片溫度，內(nèi)置的偏移寄存器可對各種熱二極管進行精確測量。同時，具備板載本地溫度傳感功能，遠程二極管溫度數(shù)據(jù)采用10位加符號格式，分辨率高達0.125°C。
2. 豐富的輸出功能：T_CRIT_A輸出可用于系統(tǒng)關機，當溫度超過臨界值時，能及時觸發(fā)系統(tǒng)保護機制；ALERT輸出支持SMBus 2.0協(xié)議，可作為溫度比較器、溫度中斷標志或SMBus ALERT系統(tǒng)的一部分，為系統(tǒng)設計提供了多種選擇。
3. 兼容SMBus 2.0接口：支持TIMEOUT功能，確保通信的穩(wěn)定性和可靠性。此外，該傳感器采用8引腳VSSOP和SOIC封裝，體積小巧，便于集成到各種電路板中。

（二）應用領域

LM86的應用十分廣泛，主要包括計算機系統(tǒng)熱管理（如筆記本電腦、臺式機、工作站、服務器等）、電子測試設備以及辦公電子設備等。在這些應用場景中，LM86能夠?qū)崟r監(jiān)測溫度變化，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供保障。

二、關鍵規(guī)格參數(shù)

（一）電源參數(shù)

LM86的供電電壓范圍為3.0V至3.6V，典型供電電流為0.8mA。在實際應用中，需確保電源電壓穩(wěn)定，以保證傳感器的正常工作。

（二）溫度精度

• 本地溫度精度：在環(huán)境溫度TA為25°C至125°C時，最大誤差為±3.0°C（包含量化誤差）。
• 遠程二極管溫度精度：在不同的環(huán)境溫度和遠程二極管結溫度條件下，精度有所不同。例如，當TA = 30°C，TD = 80°C時，最大誤差為±0.75°C；當TA為30°C至50°C，TD為60°C至100°C時，最大誤差為±1.0°C；當TA為0°C至85°C，TD為25°C至125°C時，最大誤差為±3.0°C。

（三）其他參數(shù)

• 測量分辨率：遠程二極管測量分辨率為11位，分辨率為0.125°C；本地二極管測量分辨率為8位，分辨率為1°C。
• 轉換時間：在最快設置下，所有溫度的轉換時間最大為34.4ms。
• 靜態(tài)電流：SMBus不活動且轉換速率為16Hz時，靜態(tài)電流最大為1.7mA；關機時，靜態(tài)電流為315μA。

三、功能描述

（一）溫度測量原理

LM86采用基于delta VBE的溫度傳感器和10位加符號ADC（Delta - Sigma模數(shù)轉換器），通過本地或遠程二極管進行溫度測量。數(shù)字比較器將測量得到的本地溫度和遠程溫度分別與用戶可編程的溫度限制寄存器進行比較，當溫度超過預設的上限或下限值時，相應的輸出引腳將被激活。

（二）ALERT輸出功能

ALERT輸出是一個低電平有效、開漏輸出的引腳，可根據(jù)不同的使用方式發(fā)揮不同的作用。

• 作為溫度比較器：當溫度超過T_CRIT或HIGH限制寄存器的預設值，或低于LOW限制寄存器的預設值時，ALERT輸出將被拉低。當觸發(fā)條件消失后，ALERT輸出將恢復高電平，無需軟件干預。
• 作為中斷信號：當用于觸發(fā)中斷服務程序時，在讀取狀態(tài)寄存器時，如果狀態(tài)寄存器中的任何位被置位（除Busy和OPEN位外），LM86將設置ALERT屏蔽位，以防止在中斷服務程序完成之前再次觸發(fā)ALERT。
• 作為SMBus ALERT：當ALERT輸出連接到其他SMBus兼容設備的ALERT輸出和主設備時，可組成SMBus警報線。在這種情況下，LM86應使用ARA（警報響應地址）協(xié)議，以協(xié)助主設備識別觸發(fā)中斷的設備。

（三）T_CRIT_A輸出和T_CRIT限制

T_CRIT_A輸出是一個真正的比較器，帶有內(nèi)置的滯后功能。當溫度超過T_CRIT設定點時，T_CRIT_A輸出將被激活；當溫度低于T_CRIT - TH（滯后值）時，T_CRIT_A輸出將恢復低電平。通過讀取狀態(tài)寄存器，可以確定是哪個溫度讀數(shù)超過了T_CRIT設定點，從而觸發(fā)了警報。

四、應用提示

（一）溫度測量方法

• 本地溫度測量：LM86的溫度主要受電路板溫度的影響，因為其主要熱傳導路徑是通過引腳。在測量時，需確保環(huán)境空氣溫度與電路板表面溫度相近，以獲得更準確的測量結果。
• 遠程溫度測量：使用遠程二極管可測量LM86芯片外部的溫度。該二極管可以位于目標IC的芯片上，實現(xiàn)對IC溫度的獨立測量。LM86已針對奔騰III處理器的遠程二極管進行了優(yōu)化，也可使用分立二極管來感應外部物體或環(huán)境空氣的溫度。

（二）二極管非理想性補償

大多數(shù)硅二極管在溫度測量應用中存在非理想性問題，這會影響測量精度。LM86的遠程溫度測量精度受二極管非理想性因子的影響，不同處理器的二極管非理想性因子有所不同。為了補償這種誤差，可使用偏移寄存器（11h和12h）在特定溫度范圍內(nèi)進行修正。同時，建議使用2N3904晶體管的基極 - 發(fā)射極結作為遠程二極管，以近似奔騰III微處理器的溫度測量結。

（三）PCB布局注意事項

在設計PCB時，需特別注意布局，以減少噪聲對溫度測量的影響。具體建議如下：

• 電容放置：在VDD引腳附近放置0.1μF的電源旁路電容，在D +和D -引腳附近放置2.2nF的二極管旁路電容，并確保連接電容的走線匹配。
• 傳感器位置：將LM86放置在距離處理器二極管引腳10cm以內(nèi)的位置，走線應盡可能直、短且相同。走線電阻每增加1Ω，可能會導致溫度測量誤差增加1°C，可使用遠程溫度偏移寄存器進行補償。
• 屏蔽與隔離：在二極管走線周圍設置接地保護環(huán)，避免與電源開關或濾波電感、高速數(shù)字和總線線路靠近或平行。如果必須交叉，應使二極管走線與高速數(shù)字走線成90度角。
• 接地連接：將LM86的GND引腳盡可能靠近處理器的感測二極管接地端連接，以減少接地噪聲的影響。

五、總結

LM86作為一款高精度、多功能的數(shù)字溫度傳感器，在溫度測量和熱管理領域具有出色的表現(xiàn)。其豐富的功能和特性，使其適用于各種復雜的應用場景。在實際設計中，電子工程師需根據(jù)具體需求，合理選擇傳感器的工作模式和參數(shù)，并注意PCB布局和二極管非理想性補償?shù)葐栴}，以充分發(fā)揮LM86的性能優(yōu)勢，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。你在使用LM86或其他溫度傳感器時，遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。