深入解析LM96063：远程二极管数字温度传感器与集成风扇控制的完美结合

在电子设备的设计中，温度管理是一个至关重要的环节。无论是通信基础设施中的FPGA、ASIC，还是电子测试和办公设备，都需要精确的温度监测和有效的散热控制。德州仪器（TI）推出的LM96063远程二极管数字温度传感器，凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为了众多工程师的首选。本文将对LM96063进行详细的介绍，帮助工程师更好地了解和应用这款产品。

文件下载：lm96063.pdf

一、LM96063的核心特性

1. 精确的温度传感

LM96063能够准确地感测远程二极管连接的MMBT3904晶体管或板载处理器、FPGA、ASIC中的热二极管的温度，同时也能精确测量自身的本地管芯温度。其远程温度分辨率高达1/8°C，通过数字滤波器还可将分辨率进一步提高到1/32°C，能够满足大多数应用场景的需求。

2. 集成风扇控制

该传感器集成了PWM风扇速度控制输出，支持4针风扇在22.5kHz频率下实现高分辨率控制。此外，还具备用户可编程的12步查找表（LUT），可有效降低风扇的声学噪声，并通过LUT过渡精细分辨率平滑功能，实现风扇速度的平稳过渡。

3. 丰富的输出接口

LM96063提供了ALERT输出和TCRIT输出。ALERT输出可用于错误事件通知，TCRIT输出则用于关键温度系统关机，为系统的安全运行提供了可靠的保障。

4. 兼容SMBus 2.0

支持SMBus 2.0接口，具备TIMEOUT功能，方便与其他设备进行通信和集成。

二、关键技术指标

1. 电源电压和电流

• 电源电压范围为3.0V至3.6V，在0.8Hz转换时，典型供电电流为456µA。

  2. 温度精度

• 远程二极管温度精度：在不同的环境温度和二极管温度范围内，最大误差在±0.75°C至±3°C之间。
• 本地温度精度：在+25°C至+125°C范围内，最大误差为±3.0°C。

  3. 分辨率

• 远程二极管分辨率为11位，本地二极管分辨率为8位。

  4. 转换时间

  所有温度通道的最快转换时间为38.3至41.1ms（最大值）。

三、引脚描述与连接

LM96063采用WSON封装，共有10个引脚，各引脚功能如下：	引脚	名称	输入/输出	功能和连接
1	TCRIT	开漏数字输出	连接到系统关机电路，当温度转换值超过编程限制时激活
2	VDD	电源输入	连接到低噪声+3.3 ± 0.3V直流电源，并通过0.1µF陶瓷电容和100pF陶瓷电容旁路到GND
3	D+	模拟输入	连接到远程二极管的阳极
4	D -	模拟输入	连接到远程二极管的阴极
5	PWM	开漏数字输出	连接到风扇驱动电路
6	GND	接地	模拟和数字接地返回
7	ALERT	开漏数字输出	用于错误事件通知
8	TACH	数字输入	用于测量风扇速度
9	SMBDAT	数字输入/开漏数字输出	双向SMBus数据线
10	SMBCLK	数字输入	SMBus时钟输入

四、功能详细解析

1. 温度测量

LM96063采用基于ΔVBE的温度传感器和10位加符号ΔΣ ADC，能够准确测量本地和远程温度。远程温度数据可以采用11位二进制补码或无符号二进制格式表示，当启用数字滤波器时，分辨率可进一步提高。

2. 风扇控制

通过12点温度到占空比查找表（LUT），LM96063可以直接驱动4针风扇的PWM输入，实现风扇速度的精确控制。LUT算法还包括平滑功能，可使PWM占空比在LUT级别切换时逐渐变化，减少风扇噪声。

3. ALERT和TCRIT输出

ALERT输出有三种使用方式：温度比较器、温度中断标志和SMBus ALERT系统。TCRIT输出在远程温度超过T_CRIT设定点时激活，具备可编程的滞后功能。

4. 数字滤波器

为了抑制远程温度读数中的噪声并提高分辨率，LM96063集成了数字滤波器。滤波器可通过远程二极管温度滤波器和比较器模式寄存器进行设置，提供多种滤波选项。

5. 故障检测

该传感器能够检测远程二极管的故障条件，如D+短路到VDD、D+开路或浮空、D+短路到GND等。在故障发生时，远程温度读数将被强制设置为特定值，并设置ALERT状态寄存器中的RDFA位。

五、寄存器配置与使用

LM96063的寄存器分为多种类型，包括只读、只写、读写相同地址和读写不同地址等。在使用风扇控制功能时，需要按照特定的顺序配置寄存器，以确保系统正常运行。

1. 风扇控制寄存器

包括增强配置寄存器、PWM和RPM配置寄存器、风扇启动配置寄存器等，用于设置风扇控制的各种参数。

2. 温度和设置点寄存器

用于存储本地和远程温度读数以及各种温度设置点，如本地高设置点、远程高设置点、远程低设置点和远程T_CRIT设置点等。

3. 状态和掩码寄存器

ALERT状态寄存器用于指示各种温度报警状态，ALERT掩码寄存器可用于屏蔽不需要的报警输出。

4. 转换和单次寄存器

转换速率寄存器用于设置温度转换的速率，单次寄存器可在待机模式下启动一次温度转换。

六、应用注意事项

1. PCB布局

在PCB布局时，需要注意以下几点：

• 使用低噪声电源，并进行适当的旁路电容配置。
• 在D+和D -引脚附近放置100pF的二极管旁路电容，以滤除高频噪声。
• 将LM96063放置在离处理器二极管引脚10cm以内的位置，并确保走线尽可能短、直且相同。
• 二极管走线应被GND保护环包围，避免与电源开关或滤波电感、高速数字和总线线路靠近或平行。

2. 噪声抑制

为了确保SMBus通信的可靠性，需要注意噪声抑制。可以在SMBDAT和SMBCLK线上添加串联电阻，以进一步过滤噪声和振铃。

3. 计算风扇RPM

通过Tach计数寄存器可以计算风扇的RPM，计算公式为： [Fan_RPM =frac{f × 5,400,000}{ Total_Tach_Count_Decimal }] 其中，f根据风扇每转的脉冲数确定（2脉冲/转时f = 1，1脉冲/转时f = 2，3脉冲/转时f = 2/3）。

七、总结

LM96063是一款功能强大的远程二极管数字温度传感器，具有精确的温度测量、集成的风扇控制、丰富的输出接口和灵活的寄存器配置等优点。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理配置寄存器，注意PCB布局和噪声抑制，以充分发挥该传感器的性能。希望本文对工程师们在使用LM96063时有所帮助，你在实际应用中是否遇到过类似传感器的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。