深入解析LM86：高精度数字温度传感器的卓越之选

在电子工程师的日常工作中，温度监测与控制是一个关键的环节。无论是计算机系统的热管理，还是电子测试设备、办公电子设备的稳定运行，都离不开精确可靠的温度传感器。今天，我们就来深入探讨一款性能卓越的数字温度传感器——LM86。

文件下载：lm86.pdf

一、LM86概述

LM86是德州仪器（Texas Instruments）推出的一款11位数字温度传感器，它采用2线制系统管理总线（SMBus）串行接口，不仅能精确测量自身温度，还能测量外部设备（如处理器热二极管或二极管连接晶体管）的温度。其远程传感器精度可达±0.75°C，为各种应用场景提供了高精度的温度测量解决方案。

（一）产品特性

1. 高精度温度测量：能够精确感应远程IC或二极管结的芯片温度，内置的偏移寄存器可对各种热二极管进行精确测量。同时，具备板载本地温度传感功能，远程二极管温度数据采用10位加符号格式，分辨率高达0.125°C。
2. 丰富的输出功能：T_CRIT_A输出可用于系统关机，当温度超过临界值时，能及时触发系统保护机制；ALERT输出支持SMBus 2.0协议，可作为温度比较器、温度中断标志或SMBus ALERT系统的一部分，为系统设计提供了多种选择。
3. 兼容SMBus 2.0接口：支持TIMEOUT功能，确保通信的稳定性和可靠性。此外，该传感器采用8引脚VSSOP和SOIC封装，体积小巧，便于集成到各种电路板中。

（二）应用领域

LM86的应用十分广泛，主要包括计算机系统热管理（如笔记本电脑、台式机、工作站、服务器等）、电子测试设备以及办公电子设备等。在这些应用场景中，LM86能够实时监测温度变化，为系统的稳定运行提供保障。

二、关键规格参数

（一）电源参数

LM86的供电电压范围为3.0V至3.6V，典型供电电流为0.8mA。在实际应用中，需确保电源电压稳定，以保证传感器的正常工作。

（二）温度精度

• 本地温度精度：在环境温度TA为25°C至125°C时，最大误差为±3.0°C（包含量化误差）。
• 远程二极管温度精度：在不同的环境温度和远程二极管结温度条件下，精度有所不同。例如，当TA = 30°C，TD = 80°C时，最大误差为±0.75°C；当TA为30°C至50°C，TD为60°C至100°C时，最大误差为±1.0°C；当TA为0°C至85°C，TD为25°C至125°C时，最大误差为±3.0°C。

（三）其他参数

• 测量分辨率：远程二极管测量分辨率为11位，分辨率为0.125°C；本地二极管测量分辨率为8位，分辨率为1°C。
• 转换时间：在最快设置下，所有温度的转换时间最大为34.4ms。
• 静态电流：SMBus不活动且转换速率为16Hz时，静态电流最大为1.7mA；关机时，静态电流为315µA。

三、功能描述

（一）温度测量原理

LM86采用基于delta VBE的温度传感器和10位加符号ADC（Delta - Sigma模数转换器），通过本地或远程二极管进行温度测量。数字比较器将测量得到的本地温度和远程温度分别与用户可编程的温度限制寄存器进行比较，当温度超过预设的上限或下限值时，相应的输出引脚将被激活。

（二）ALERT输出功能

ALERT输出是一个低电平有效、开漏输出的引脚，可根据不同的使用方式发挥不同的作用。

• 作为温度比较器：当温度超过T_CRIT或HIGH限制寄存器的预设值，或低于LOW限制寄存器的预设值时，ALERT输出将被拉低。当触发条件消失后，ALERT输出将恢复高电平，无需软件干预。
• 作为中断信号：当用于触发中断服务程序时，在读取状态寄存器时，如果状态寄存器中的任何位被置位（除Busy和OPEN位外），LM86将设置ALERT屏蔽位，以防止在中断服务程序完成之前再次触发ALERT。
• 作为SMBus ALERT：当ALERT输出连接到其他SMBus兼容设备的ALERT输出和主设备时，可组成SMBus警报线。在这种情况下，LM86应使用ARA（警报响应地址）协议，以协助主设备识别触发中断的设备。

（三）T_CRIT_A输出和T_CRIT限制

T_CRIT_A输出是一个真正的比较器，带有内置的滞后功能。当温度超过T_CRIT设定点时，T_CRIT_A输出将被激活；当温度低于T_CRIT - TH（滞后值）时，T_CRIT_A输出将恢复低电平。通过读取状态寄存器，可以确定是哪个温度读数超过了T_CRIT设定点，从而触发了警报。

四、应用提示

（一）温度测量方法

• 本地温度测量：LM86的温度主要受电路板温度的影响，因为其主要热传导路径是通过引脚。在测量时，需确保环境空气温度与电路板表面温度相近，以获得更准确的测量结果。
• 远程温度测量：使用远程二极管可测量LM86芯片外部的温度。该二极管可以位于目标IC的芯片上，实现对IC温度的独立测量。LM86已针对奔腾III处理器的远程二极管进行了优化，也可使用分立二极管来感应外部物体或环境空气的温度。

（二）二极管非理想性补偿

大多数硅二极管在温度测量应用中存在非理想性问题，这会影响测量精度。LM86的远程温度测量精度受二极管非理想性因子的影响，不同处理器的二极管非理想性因子有所不同。为了补偿这种误差，可使用偏移寄存器（11h和12h）在特定温度范围内进行修正。同时，建议使用2N3904晶体管的基极 - 发射极结作为远程二极管，以近似奔腾III微处理器的温度测量结。

（三）PCB布局注意事项

在设计PCB时，需特别注意布局，以减少噪声对温度测量的影响。具体建议如下：

• 电容放置：在VDD引脚附近放置0.1µF的电源旁路电容，在D +和D -引脚附近放置2.2nF的二极管旁路电容，并确保连接电容的走线匹配。
• 传感器位置：将LM86放置在距离处理器二极管引脚10cm以内的位置，走线应尽可能直、短且相同。走线电阻每增加1Ω，可能会导致温度测量误差增加1°C，可使用远程温度偏移寄存器进行补偿。
• 屏蔽与隔离：在二极管走线周围设置接地保护环，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。如果必须交叉，应使二极管走线与高速数字走线成90度角。
• 接地连接：将LM86的GND引脚尽可能靠近处理器的感测二极管接地端连接，以减少接地噪声的影响。

五、总结

LM86作为一款高精度、多功能的数字温度传感器，在温度测量和热管理领域具有出色的表现。其丰富的功能和特性，使其适用于各种复杂的应用场景。在实际设计中，电子工程师需根据具体需求，合理选择传感器的工作模式和参数，并注意PCB布局和二极管非理想性补偿等问题，以充分发挥LM86的性能优势，确保系统的稳定运行。你在使用LM86或其他温度传感器时，遇到过哪些有趣的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。