探索LM84：二极管输入数字温度传感器的卓越性能与应用

一、引言

在电子设备的设计中，温度监测是至关重要的一环。合适的温度传感器能够确保设备在安全的温度范围内运行，提高设备的稳定性和可靠性。LM84作为一款具有独特功能的二极管输入数字温度传感器，凭借其出色的性能和广泛的应用场景，成为了电子工程师们的热门选择。本文将深入剖析LM84的特点、技术参数、工作原理以及应用要点，为电子工程师们提供全面的参考。

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二、LM84概述

2.1 基本功能

LM84是一款集成了远程二极管温度传感器、Delta - Sigma模数转换器和数字过温检测器的设备，具备SMBus™接口。它不仅可以感知自身的温度，还能监测带有二极管结的目标IC（如奔腾II处理器或二极管连接的2N3904）的温度。当温度超过可编程比较器限制T_CRIT时，T_CRIT_A中断输出将被激活。

2.2 产品特性

• 直接感测远程IC芯片温度：能够直接测量远程IC的芯片温度，为设备的温度监测提供了精准的数据。
• SMBus兼容接口：支持SMBus超时功能，方便与其他设备进行通信和数据传输。
• 寄存器回读能力：可以对寄存器进行回读，便于工程师进行数据的监控和分析。
• 7位加符号温度数据格式：采用7位加符号的温度数据格式，能够准确地表示温度信息。
• 多地址选择：通过两个地址选择线（ADD0、ADD1），可以选择多达9个SMBus地址位置，方便多个LM84设备连接到同一总线上。

三、关键技术参数

3.1 电源相关参数

• 电源电压：工作电压范围为3.0V - 3.6V，确保了在不同电源环境下的稳定运行。
• 电源电流：最大电流为1 mA，功耗较低，适合低功耗应用场景。

3.2 温度精度

• 本地温度精度：典型值为±1.0˚C，能够较为准确地测量自身的温度。
• 远程二极管温度精度：在+60˚C至+100˚C范围内，最大误差为±3˚C；在0˚C至+125˚C范围内，最大误差为±5˚C。

3.3 其他参数

• 分辨率：8位分辨率，对应1˚C的温度变化，能够提供较为精细的温度数据。
• 温度转换时间：典型值为120 ms，最大为145 ms，能够快速地完成温度转换。

四、工作原理与功能描述

4.1 温度传感器与ADC

LM84采用带隙型温度传感器，结合8位ADC（Delta - Sigma模数转换器），将模拟温度信号转换为数字信号。通过对本地或远程二极管的测量，实现对温度的精确监测。

4.2 T_CRIT_A输出与温度限制

当本地温度读数超过本地临界温度设定点寄存器（LT_CRIT）的预设值，或者远程温度读数超过远程临界温度设定点寄存器（RT_CRIT）的预设值时，T_CRIT_A输出将被激活。同时，状态寄存器可以用于确定引发报警的事件。

4.3 电源上电复位默认状态

LM84上电后会进入已知的默认状态，包括本地温度和远程温度设置为0˚C，状态寄存器和命令寄存器设置为00h，本地和远程T_CRIT设置为127˚C等。

4.4 SMBus接口

LM84作为SMBus的从设备，SMBCLK线为输入，SMBData线为双向传输。其7位从地址的部分位由地址选择引脚ADD1和ADD0控制，并且在第一次读写操作时锁定地址选择引脚的状态。

4.5 温度数据格式

温度数据以8位二进制补码形式表示，最低有效位（LSB）等于1˚C，方便工程师进行数据处理和分析。

4.6 开漏输出与二极管故障检测

SMBData和T_CRIT_A输出为开漏输出，需要外部上拉电阻。在每次远程转换前，LM84会进行外部二极管故障检测，当检测到故障时，会相应地设置状态寄存器的位。

4.7 通信方式

与LM84的通信包括写入和读取操作。写入操作需要包含地址字节和命令字节，读取操作可以根据命令寄存器的状态选择不同的方式。同时，LM84具有SMBus超时功能，确保通信的稳定性。

五、寄存器介绍

5.1 命令寄存器

用于选择要读取或写入的寄存器，通过SMBus写入通信的命令字节进行设置。

5.2 本地和远程温度寄存器

只读寄存器，存储本地和远程温度数据，以8位二进制补码形式表示。

5.3 状态寄存器

只读寄存器，用于指示温度报警和二极管故障等状态信息。

5.4 制造商ID寄存器

默认值为00h，用于标识制造商信息。

5.5 配置寄存器

可读可写寄存器，其中D7位用于屏蔽T_CRIT_A中断。

5.6 本地和远程T_CRIT寄存器

可读可写寄存器，用于设置本地和远程的临界温度。

六、应用提示

6.1 温度测量应用

• 本地温度测量：LM84的温度会受到印刷电路板的影响，其主要热传导路径是通过引脚，因此可以通过测量引脚的温度来近似测量芯片的温度。
• 远程温度测量：使用远程二极管可以测量外部温度，如目标IC的温度。推荐使用2N3904晶体管的基极 - 发射极结作为远程二极管，以提高测量的准确性。

6.2 二极管非理想因子对精度的影响

二极管的非理想因子η会影响温度测量的准确性。由于ΔVBE与η和温度T成正比，η的变化会导致温度测量误差的增加。可以通过对每个温度传感器与配对的远程二极管进行校准来消除这种误差。

6.3 PCB布局注意事项

在PCB布局中，为了减少噪声对温度测量的影响，需要注意以下几点：

• 在VCC引脚附近放置0.1 µF的电源旁路电容，在D+和D - 引脚附近放置2.2nF的电容，并确保电容的走线匹配。
• 将LM84放置在距离处理器二极管引脚10 cm以内，走线尽量直、短且相同。
• 二极管走线周围设置GND保护环，但不要在D+和D - 线之间设置。
• 避免二极管走线靠近电源开关或滤波电感、高速数字和总线线路。
• 如果必须交叉高速数字走线，应使二极管走线与高速数字走线成90度角。
• 将LM84的GND引脚尽可能靠近与感测二极管相关的处理器GND连接。

七、典型应用

LM84可应用于多种场景，如系统热管理、个人计算机、电子测试设备、办公电子设备和HVAC等。在典型应用电路中，通过连接远程二极管（如2N3904），可以实现对外部温度的监测，并将温度数据通过SMBus传输给主设备。当温度超过临界值时，T_CRIT_A输出可以触发相应的控制动作，如系统关机或报警。

八、总结

LM84作为一款功能强大的二极管输入数字温度传感器，具有高精度、低功耗、多地址选择等优点，适用于各种温度监测应用。电子工程师在设计过程中，需要充分了解LM84的技术参数、工作原理和应用要点，合理进行PCB布局，以确保设备的稳定运行和准确的温度测量。同时，通过对二极管非理想因子的考虑和校准，可以进一步提高温度测量的精度。你在使用LM84的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。