MAX6641：SMBus 兼容的温度监测与自动 PWM 风扇速度控制器

在电子设备的设计中，温度监测和风扇控制是确保设备稳定运行的关键因素。MAX6641 作为一款具备 SMBus 兼容性的温度监测器和自动 PWM 风扇速度控制器，为电子工程师提供了有效的解决方案。下面将从多个方面详细介绍这款产品。

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产品概述

MAX6641 能够精确测量自身芯片温度以及远程 pn 结的温度。它通过 2 线串行接口以数字形式报告温度值，远程 pn 结通常是 CPU、FPGA 或 ASIC 上共集电极 pnp 的发射极 - 基极结。该设备工作在 3.0V 至 5.5V 的电源电压范围内，典型供电电流为 500µA。温度数据可控制 PWM 输出信号，从而调节冷却风扇的速度，在系统低温运行时降低噪音，在功耗增加时提供最大冷却能力。此外，它还具备过热报警输出，可用于生成中断、节流信号或关闭信号。

产品特性

封装与应用范围

• 小巧封装：采用 3mm x 5mm 的 µMAX 封装，节省空间，适用于多种设备。
• 广泛应用：可用于台式计算机、笔记本电脑、工作站、服务器、网络设备和工业领域等。

功能特性

• 温度测量：具备本地温度传感器和热二极管输入，能准确测量本地和远程温度。
• 风扇控制：
  • 开放式漏极 PWM 输出用于风扇驱动，可编程风扇控制特性。
  • 自动风扇启动功能确保风扇正常启动。
  • 远程温度精度在 +60°C 至 +145°C 范围内可达 ±1°C。
  • 控制变化率，确保风扇速度调整不引人注意。
• 保护功能：温度监测从电源开启时开始，提供故障安全系统保护；OT 输出可用于节流或关闭。

电气特性

绝对最大额定值

参数	数值
VCC、OT、SMBDATA、SMBCLK、PWMOUT	-0.3V 至 +6V
DXP	-0.3V 至 (VCC + 0.3V)
DXN	-0.3V 至 +0.8V
ESD 保护（所有引脚，人体模型）	±2000V
10 引脚 µMAX（+70°C 以上降额 5.6mW/°C）	444mW
工作温度范围	-40°C 至 +125°C
结温	+150°C
存储温度范围	-65°C 至 +150°C
引脚温度（焊接，10s）	+300°C

电气参数

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
工作电源电压范围	VCC	-	3.0	-	5.5	V
工作电流	-	SMBDATA、SMBCLK 不切换	-	0.5	1	mA
外部温度误差	-	VCC = 3.3V，+25°C ≤ TR ≤ +125°C，TA = +60°C	-	-	±1	°C
-	VCC = 3.3V，0°C ≤ TR ≤ +145°C，+25°C ≤ TA ≤ +100°C	-	-	±3	°C
-	VCC = 3.3V，0°C ≤ TR ≤ +145°C，0°C ≤ TA ≤ +125°C	-	-	±4	°C
内部温度误差	-	VCC = 3.3V，+25°C ≤ TA ≤ +100°C	-3	-	+3	°C
-	VCC = 3.3V，0°C ≤ TA ≤ +125°C	-4	-	+4	°C
温度分辨率	-	-	-	1	-	°C
-	-	-	-	8	-	Bits
转换时间	-	-	200	250	300	ms
PWM 频率公差	-	-	-20	-	+20	%
远程二极管源电流	-	高电平	80	100	120	µA
-	低电平	8	10	12	µA
DXN 源电压	-	-	-	0.7	-	V
I/O	-	-	-	-	-	-
OT、SMBDATA、PWMOUT 输出低电压	VOL	IOUT = 6mA	-	-	0.4	V
OT、SMBDATA、PWMOUT 输出高泄漏电流	IOH	VCC = 5.5V	-	-	1	µA
SMBDATA、SMBCLK 逻辑低输入电压	VIL	VCC = 3V 至 5.5V	-	-	0.8	V
SMBDATA、SMBCLK 逻辑高输入电压	VIH	VCC = 3V 至 5.5V	2.1	-	-	V
SMBDATA、SMBCLK 泄漏电流	-	-	-	-	1	µA
SMBDATA、SMBCLK 输入电容	CIN	-	-	5	-	pF

SMBus 数字接口

从软件角度看，MAX6641 表现为一组字节宽的寄存器，包含温度数据、报警阈值和控制位。它采用标准的 SMBus 兼容 2 线串行接口来读取温度数据、写入控制位和报警阈值数据。该设备支持四种标准 SMBus 协议：写字节、读字节、发送字节和接收字节。它有四个不同的从地址，最多可允许四个 MAX6641 设备共享同一总线。

寄存器功能

温度寄存器（00h，01h）

包含 8 位温度测量结果，00h 寄存器存储远程二极管的温度读数，01h 寄存器存储环境温度读数。MSB 代表 +128°C，LSB 代表 +1°C，MSB 先传输，上电复位状态为 00h。

配置字节寄存器（02h）

控制超时条件和各种 PWMOUT 信号，上电复位状态为 00h。

远程和本地 (overline{OT}) 限制（03h，04h）

设置远程和本地温度阈值，温度超过阈值时，(overline{OT}) 输出低电平（未屏蔽的温度通道）。

(overline{OT}) 状态（05h）

读取该寄存器可确定哪个通道出现过热情况，读取内容可清除该寄存器并使 (overline{OT}) 输出高阻抗。

(overline{OT}) 掩码（06h）

设置相应位可防止 (overline{OT}) 输出在远程或本地二极管温度通道故障时触发。

风扇启动占空比（07h）

确定风扇开始旋转时的 PWM 占空比。

风扇最大占空比（08h）

设置 PWMOUT 最大允许占空比。

风扇目标占空比（09h）

在自动风扇控制模式下，根据测量温度和占空比步长确定目标 PWM 占空比；在手动模式下，直接写入所需的 PWM 占空比。

风扇瞬时占空比（0Ah）

读取该寄存器可确定任意时刻 PWMOUT 的占空比。

远程和本地二极管风扇启动温度（0Bh，0Ch）

包含自动模式下风扇控制开始的温度阈值。

风扇配置（0Dh）

控制滞后水平、温度步长以及远程或本地二极管对 PWMOUT 信号的控制。

占空比变化率（0Eh）

设置占空比增量之间的时间。

占空比步长（0Fh）

改变每个温度步长的占空比变化大小。

PWM 频率选择（10h）

控制 PWMOUT 频率。

PWM 输出控制

PWMOUT 信号通常有三种方式控制风扇速度：

1. 驱动 MOSFET 或晶体管：PWMOUT 驱动与风扇电源串联的 MOSFET 栅极或双极晶体管基极。
2. 转换为直流电压：通过外部电路将 PWMOUT 转换为与占空比成比例的直流电压，为风扇供电。
3. 直接驱动风扇：PWMOUT 直接驱动具有逻辑电平 PWM 速度控制输入的风扇。

应用注意事项

远程二极管选择

MAX6641 可直接测量具有片上温度传感二极管的 CPU 和其他 IC 的管芯温度，也可测量离散二极管连接晶体管的温度。

理想因子的影响

远程温度测量的准确性取决于远程二极管的理想因子（n），MAX6641 针对 (n = 1.008) 进行了优化。若使用不同理想因子的传感晶体管，可通过公式 (T{M}=T{ACTUAL }left(frac{n{1}}{n{NOMINAL }}right)) 校正测量温度。

串联电阻的影响

传感二极管中的串联电阻会引入额外误差，每欧姆串联电阻约导致 0.453°C 的温度偏移。

ADC 噪声滤波

使用积分 ADC 对低频信号有良好的噪声抑制能力，在嘈杂环境中，可通过精心的 PCB 布局和适当的外部噪声滤波来降低高频噪声。

PCB 布局

遵循以下准则可减少温度传感器的测量误差：

• 尽量将 MAX6641 靠近远程二极管放置。
• 避免将 DXP - DXN 线路靠近 CRT 偏转线圈和快速数字信号。
• 平行且靠近地布线 DXP 和 DXN 走线，远离高电压走线。
• 尽量减少过孔和交叉走线，以减少铜/焊料热电偶效应。
• 使用宽走线，必要时添加 200Ω 电阻进行噪声滤波。

双绞线和屏蔽电缆

在远程传感器距离超过 8 英寸或环境嘈杂时，可使用双绞线电缆连接远程传感器；对于更长距离，可使用屏蔽双绞线电缆。

热质量和自热

测量本地温度时，设备旨在测量焊接的 PCB 温度；测量 CPU 或其他 IC 温度时，热质量影响较小。远程传感器的自热对测量精度影响可忽略不计。

总结

MAX6641 是一款功能强大的温度监测和风扇控制芯片，具有高精度、可编程性和多种保护功能。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择远程二极管、优化 PCB 布局和进行噪声滤波，以确保设备的稳定运行和准确测量。你在使用 MAX6641 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。