SGM451：高精度温度传感器的卓越之选

在电子设备的设计中，精确的温度测量至关重要。SG Micro Corp推出的SGM451温度传感器，以其高精度、低功耗等特性，成为众多应用场景的理想选择。下面，我们就来深入了解一下这款传感器。

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产品概述

SGM451是一款高精度、低功耗的温度传感器，集成了本地和远程温度通道。远程传感器可由分立晶体管或二极管构成，这些元件可集成在MCU和FPGA内部。该传感器为12位设备，分辨率仅为0.0625℃，能以±0.3℃（典型值）的精度测量本地二极管传感器的温度，以±0.8℃（典型值）的精度测量远程二极管传感器的温度。

通过兼容SMBus通信协议的两线串行接口，可实现与SGM451的通信，并访问其内部寄存器。SGM451具有诸多优势，如消除串联电阻、校准偏移、更改数字滤波器的截止频率、通过编程更改温度限制和非理想因子等，这些特性对提高传感器的精度具有重要意义。

SGM451适用于应用系统中多个位置的高精度温度测量，其3.0V至5.5V的宽电源电压范围使其可应用于广泛的领域，包括低功耗设备。该设备的工作温度范围为 -40℃至 +125℃。

产品特性

高精度测量

• 本地二极管传感器：精度可达±0.3℃（典型值）。
• 远程二极管传感器：精度为±0.8℃（典型值）。
• 分辨率：本地和远程通道分辨率均为0.0625℃。

宽电压范围

• 电源和逻辑电压范围：3.0V至5.5V，在3.3V电源下支持1.8V I2C总线电压。

低功耗

• 工作电流：典型值为15μA。
• 关断电流：典型值为0.4μA。

其他特性

• 具备消除串联电阻、校准偏移、可编程数字滤波器、二极管故障检测等功能。
• 采用两线和SMBus串行接口。
• 提供绿色TDFN - 2×2 - 8BL封装。

应用领域

SGM451的高精度和低功耗特性使其在多个领域得到广泛应用，包括：

• 计算系统：如CPU、GPU、DSP和FPGA计算系统。
• 消费电子：智能手机和计算机。
• 服务器和桌面设备。
• 存储区域网络（SANs）。
• 电信设备。

电气特性

温度误差

在不同的温度范围和条件下，SGM451的温度误差表现良好。例如，在 -20°C至 +85°C的环境温度下，本地温度传感器的误差典型值为±0.3℃；在 -40°C至 +125°C的环境温度下，远程温度传感器的误差典型值为±0.8℃。

温度测量相关参数

• 转换时间：单次测量模式下，本地和远程总转换时间典型值为32ms。
• 分辨率：本地和远程温度传感器分辨率均为12位。
• 远程传感器源电流：高、中、低三种模式下分别为120μA、45μA和7.5μA。

SMBus接口

• 输入电压：高电平输入电压典型值为1.6V，低电平输入电压最大值为0.8V。
• 时钟频率：范围为0.01MHz至2.5MHz。

电源相关参数

• 电源电压范围：3.0V至5.5V。
• 静态电流：根据不同的转换速率，静态电流有所不同。例如，每秒0.0625次转换时，典型值为15μA；每秒16次转换时，典型值为93μA。

功能详细介绍

温度测量数据

本地和远程温度传感器的分辨率为12位，对应0.0625℃（LSB）。不同温度对应不同的二进制形式，可通过标准二进制和扩展二进制表示。测量温度低于0℃时，二进制形式始终为00h；高于 +127℃时，二进制形式为7Fh。通过更改配置寄存器的RANGE位，可扩展温度测量范围至 -64℃至 +191℃。

串联电阻消除

SGM451的串联电阻消除技术可消除由PCB走线电阻或RC低通滤波器引起的测量误差，最大可消除1kΩ的电阻，无需额外的温度偏移校正。

差分输入电容

差分输入之间允许的最大电容为1000pF，可减少温度测量误差。

滤波

SGM451集成了65kHz滤波器，输入两端的电容可增强抗噪能力，建议电容值在100pF至1000pF之间。此外，还可使用内部数字滤波器进一步降低噪声影响，该滤波器有两个可编程级别。

传感器故障检测

若二极管连接不正确，SGM451的D + 引脚会产生故障信号。开路可被检测到，短路时等效温度为 -64℃。当D + 引脚电压超过VCC + 0.3V时，内部检测电路会触发。

nALERT和nTHERM功能

nTHERM寄存器存储温度传感器的滞后值，nALERT寄存器通过CONAL[2:0]位确定限制次数。nALERT引脚提供额外的滤波功能。

设备功能模式

• 关断模式（SD）：将配置寄存器的SD位拉高，可关闭除数字串行接口外的电路，实现最大程度的功耗节省。
• 单次测量模式：当配置寄存器的SD位为1时，向单次启动寄存器写入任意值，可启动一次转换和比较周期，完成后返回关断模式。

编程串行接口

SGM451在两线或SMBus系统中作为从设备运行，SDA和SCL线是数字接口的主要线路。集成的施密特触发器和滤波器可抑制总线噪声和输入尖峰。支持快速（1kHz至400kHz）和高速（1kHz至2.5MHz）模式，MSB位首先传输。

总线概述

SMBus接口用于SGM451设备，主设备发起传输，从设备受主设备控制。通信开始时，主设备发送START信号，然后发送从设备地址和R/W位，从设备确认后开始数据传输，传输结束时主设备发送STOP信号。

总线定义

• 确认：从设备被寻址后，发送确认位表示成功寻址。
• 总线空闲：SDA和SCL始终保持高电平。
• 数据传输：主设备传输的数据量无限制，接收设备发送确认位表示成功接收。
• 开始和停止数据传输：START条件下，SDA线从高到低；STOP条件下，SDA线从低到高。

串行总线地址

主设备与SGM451通信时，需先发送地址字节，SGM451的从设备地址为4Ch（1001100b）。

读写操作

写操作时，主设备先发送指针寄存器地址和R/W位，再发送相应字节以访问寄存器。读操作时，使用指针寄存器中存储的最后值确定要读取的寄存器。若需要重复读取，无需连续发送指针地址字节。

超时功能

启用SMBus的超时功能后，若SDA和SCL在START和STOP之间保持低电平25ms，SGM451的串行接口将复位。可通过设置通信频率或控制连续nALERT寄存器的SMBTO位来启用或禁用超时功能。

高速模式

当两线总线通信频率高于1MHz时，主设备在START条件后发送相应的主代码（00001xxx），SGM451切换输入和输出滤波器以支持高达2.5MHz的通信频率。

通用调用复位

通过两线通用调用地址00h（00000000）可复位SGM451，若接收到的第二个字节为06h（00000110），则启动软件复位。

寄存器信息

SGM451内部有多个寄存器，用于存储温度测量结果、配置信息和状态信息。

指针寄存器

用于寻址数据寄存器，在读写操作前需设置指针寄存器的值，上电复位值为00h。

本地和远程温度寄存器

数字温度结果存储在多个8位寄存器中，高字节存储1℃分辨率的温度值，低字节存储0.0625℃分辨率的小数部分。这些寄存器为只读，测量完成后更新。

状态寄存器

指示内部ADC状态、远程传感器连接情况和温度比较器状态。通过读取状态寄存器可清除相关标志位。

配置寄存器

控制nALERT输出、设备工作模式、引脚配置和温度测量范围等。上电复位值为00h。

转换速率寄存器

控制温度转换速率，默认值为每秒16次转换，对应寄存器值为08h。

远程温度偏移寄存器

存储系统偏移值，用于校准远程温度测量结果。

η - 因子校正寄存器

用于调整η - 因子，上电复位值为00h，对应η = 1.008。

制造商ID寄存器

通过读取FEh寄存器可获取制造商代码，SGM451的制造商代码为55h。

应用信息

连接方式

测量远程温度时，需将外部晶体管连接到D + 和D - 引脚；仅测量本地温度时，将D + 和D - 引脚连接到GND。SDA、SCL和nALERT/nTHERM2引脚需上拉电阻，VCC引脚需0.1µF旁路电容。

设计要求

选择外部晶体管时，需考虑基极 - 发射极电压、基极电阻和hFE等参数。SGM451的η - 因子修剪值为1.008，可通过公式计算因η - 因子不匹配导致的误差。

详细设计流程

本地温度传感器监测环境空气，热时间常数约为2秒。测量精度受PCB板温度、气流和SGM451自身功耗等因素影响。

电源建议

SGM451支持3.0V至5.5V的电源电压，推荐使用3.3V。电源引脚需旁路电容，典型值为100nF，若电源噪声较大，需额外的旁路电容。

布局建议

为减少输入噪声，提高测量精度，SGM451应靠近远程传感器放置，D + 和D - 引脚的PCB走线应靠近并屏蔽，减少额外的热电偶结，使用适当的滤波电容，根据连接长度选择合适的连接方式，并清理引脚周围的助焊剂残留物。

总结

SGM451温度传感器以其高精度、低功耗、丰富的功能和广泛的应用范围，为电子工程师在温度测量领域提供了一个优秀的解决方案。在实际设计中，合理应用其各项特性和遵循相关的设计建议，可确保获得准确可靠的温度测量结果。你在使用SGM451或其他温度传感器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。