深入解析ADM1021A：低功耗、高精度温度监测芯片详解

在个人计算机及其他需要进行热监测和管理的系统中，温度监测至关重要。ADM1021A作为一款出色的双通道数字温度计和欠/过温警报器，为我们的设计带来了诸多便利。下面我就结合多年的设计开发经验，和大家深入探讨一下这款芯片。

文件下载：ADM1021ARQ.pdf

器件概述

ADM1021A能够使用二极管连接的PNP晶体管测量微处理器的温度，并且无需校准。它有两个测量通道，一个用于测量远程温度（如微处理器的温度），另一个用于测量芯片自身及环境的温度。该芯片通过与SMBus标准兼容的两线串行接口进行通信，用户可以通过串行总线对欠/过温限制进行编程，当片内或远程温度超出范围时，ALERT输出会发出信号。

特性亮点

温度传感与精度

ADM1021A具备片内和远程温度传感功能。其片内传感器精度可达1°C，远程传感器精度为3°C，能满足大多数应用场景对温度测量精度的要求。而且采用的新型测量技术可抵消晶体管基极发射极电压的绝对值，无需进行校准，大大减轻了工程师的调试负担。

可编程特性

它支持可编程的过/欠温限制和转换速率。用户可以根据实际需求灵活调整这些参数，以适应不同的应用场景。

电气特性

在电气方面，ADM1021A的最大工作电流为200μA，待机电流仅1μA，功耗较低，适用于对功耗敏感的应用。其供电电压范围为3.0V至5.5V，能适应多种电源环境。此外，它采用16引脚的QSOP小型封装，节省电路板空间。

引脚与参数

引脚分配

ADM1021A的引脚分配明确，像VDD为正电源引脚，电压范围在3.0V至5.5V；D+和D-分别连接远程温度传感器的正负端；ALERT为开漏逻辑输出，可作为中断或SMBus警报；SDATA和SCLK则是SMBus的串行数据和串行时钟引脚等。

绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值很重要，例如正电源电压（VDD）相对于GND的范围是 - 0.3V至 + 6.0V，输入电流最大为±50mA等。超出这些额定值可能会损坏器件，因此在设计中必须严格遵守。

热特性与电气特性

其16引脚QSOP封装的热阻（θJA）为105°C/W。在电气特性方面，温度分辨率保证无漏码，为1.0°C；不同条件下，本地和远程传感器的温度误差也有相应的规定。

功能描述

温度测量与转换

芯片内部包含一个双通道A - D转换器，在正常工作时，A - D转换器以自由运行模式工作。模拟输入多路复用器会交替选择片内温度传感器或远程温度传感器，将信号数字化后存储在本地和远程温度值寄存器中。

比较与报警

测量结果会与存储在片内四个寄存器中的本地和远程高、低温限制进行比较。当出现超出限制的情况时，会在状态寄存器中生成标志，若有一个或多个超出限制的结果，ALERT输出将拉低。

控制与配置

通过串行系统管理总线（SMBus），可以对限制寄存器进行编程，以及对器件进行控制和配置。例如，可切换器件的正常运行和待机模式、屏蔽或启用ALERT输出、选择转换速率等。

测量方法

传统测量温度的方法利用二极管或晶体管基极 - 发射极电压的负温度系数，但需要校准以消除(V{BE})绝对值的影响。而ADM1021A采用的方法是在两个不同电流下测量(V{BE})的变化，通过公式(Delta V_{BE}=kT / q × ln (N))计算温度。这种方法有效避免了校准的麻烦，还能提高测量的准确性。外部传感器信号经处理后，先通过65kHz低通滤波器去除噪声，再经过斩波稳定放大器进行放大和整流，最后由ADC测量并输出温度数据。为进一步降低噪声影响，还会对16个测量周期的结果进行平均。

与ADM1021的差异

ADM1021A与ADM1021引脚兼容，但存在一些差异：

1. 电流差异：ADM1021A通过远程温度传感二极管的电流更大，这提高了器件的抗噪能力，但也导致其工作电流高于ADM1021。
2. 测量范围：ADM1021A的温度测量范围为0°C至127°C，而ADM1021为 - 128°C至 + 127°C。如果需要测量负温度，应选择ADM1021。
3. 寄存器值：两者在复位值、修订寄存器和地址指针寄存器的默认值等方面存在不同，在使用时需要注意这些差异。

寄存器介绍

地址指针寄存器

它没有独立地址，每次写操作的第一个数据字节会自动写入该寄存器，用于设置后续操作的寄存器地址。

值寄存器

包括本地和远程温度值寄存器，由ADC写入数据，只能通过SMBus读取。

状态寄存器

其中的一些位用于指示ADC的转换状态和温度限制比较结果。当本地和/或远程温度超出限制或远程传感器开路时，相应的标志位会被设置，读取状态寄存器可清除这些标志位。

配置寄存器

用于控制器件的工作模式（正常或待机）和屏蔽ALERT输出。

转换速率寄存器

通过最低三位对转换速率进行编程，可选择不同的转换时间，从而降低器件功耗。

限制寄存器

用于存储本地和远程的高、低温限制，可通过SMBus进行读写操作。

偏移寄存器

用户可通过该寄存器消除远程温度测量中的误差，例如由时钟噪声和PCB走线电阻引入的误差。

单次寄存器

在待机模式下，对该寄存器进行写操作可启动一次单次转换和比较周期，操作完成后器件返回待机模式。

串行总线接口

地址设置

ADM1021A有两个地址引脚ADD0和ADD1，可选择不同的器件地址，最多能实现九个不同地址，以满足多个设备共用总线的需求。需要注意的是，地址引脚的状态仅在上电时采样，上电后更改无效。

通信协议

• 起始条件：主设备通过在串行数据线上产生高到低的转换，同时串行时钟线保持高电平来启动数据传输。
• 数据传输：数据以九个时钟脉冲为一组进行传输，包括八个数据位和一个从设备的确认位。
• 停止条件：写操作和读操作的停止条件有所不同，但都是通过对数据线的高低电平控制来实现。

在设计使用ADM1021A时，你是否也遇到过一些小挑战呢？我们可以在评论区一起交流探讨，分享解决问题的经验，让我们的设计更加完美。