深入剖析DS1620数字温度计与恒温器

在电子设计领域，精准的温度监测与控制至关重要。Maxim Integrated的DS1620数字温度计与恒温器，凭借其卓越的性能和丰富的特性，成为众多应用场景中的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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一、DS1620的特性与优势

1. 温度监测与控制

DS1620能够轻松为任何系统添加温度监测与控制功能。它可以测量 -55°C 到 +125°C 的温度，分辨率为 0.5°C；对应的华氏温度范围是 -67°F 到 +257°F，分辨率为 0.9°F。温度以 9 位数值读取，并能在 750ms 内将温度转换为数字值。这种高精度和快速转换能力，使得它在对温度变化敏感的应用中表现出色。

2. 用户可定义的恒温设置

恒温设置是用户可定义的，并且具有非易失性。这意味着即使断电，设置的温度值也不会丢失，方便在不同应用场景中灵活使用。

3. 广泛的应用范围

其供电电压范围为 2.7V 到 5.5V，能适应多种电源环境。通过 3 线串行接口（CLK、DQ、RST）进行数据读写，方便与其他设备集成。

4. 节省空间

该产品无需外部组件，采用 8 引脚 DIP 或 SOIC（208 - mil）封装，大大节省了电路板空间。

二、应用场景

DS1620的应用十分广泛，涵盖了恒温控制、工业系统、消费产品以及温度计等领域。在恒温控制中，它能精确控制温度，确保系统稳定运行；在工业系统里，可实时监测设备温度，预防过热故障；在消费产品中，如智能家电，能提供舒适的使用体验。

三、引脚分配与描述

1. 引脚分配

DS1620有 8 引脚 DIP（300 - mil）和 8 引脚 SOIC（208 - mil）两种封装形式。

2. 引脚描述

引脚	符号	描述
RST	- 3 线复位输入	用于复位 3 线通信端口
GND	- 接地	提供接地参考
T HIGH	- 高温触发	当温度超过用户定义的高温阈值时，该引脚输出高电平
T LOW	- 低温触发	当温度低于用户定义的低温阈值时，该引脚输出高电平
T COM	- 高低组合触发	当温度超过高温阈值且在温度降至低温阈值之前保持高电平
V DD	- 电源电压（3V - 5V）	为芯片提供电源

四、工作原理

1. 温度测量

DS1620使用基于带隙的温度传感器测量温度。通过发送 READ TEMPERATURE 命令，可获得 9 位二进制补码形式的温度读数。数据通过 3 线串行接口以 LSB 优先的方式串行传输。 温度测量范围为 -55°C 到 +125°C，分辨率为 0.5°C。若要获得更高分辨率，可读取温度值并截断 0.5°C 位（LSB），再通过 READ COUNTER 和 READ SLOPE 命令读取相关值，最后使用公式计算实际温度： [TEMPERATURE = TEMP_READ - 0.25 + frac{(COUNT_PER_C - COUNT_REMAIN)}{COUNT_PER_C}]

2. 恒温控制

DS1620提供三个热触发输出（(T{HIGH})、(T{LOW})、(T{COM})），可作为恒温器使用。当温度达到或超过高温阈值时，(T{HIGH}) 输出高电平；当温度等于或低于低温阈值时，(T{LOW}) 输出高电平；(T{COM}) 在温度超过高温阈值后保持高电平，直到温度降至低温阈值以下。

3. 操作与控制

DS1620需要在 (T{H}) 和 (T{L}) 寄存器中设置温度值以实现恒温操作。配置/状态寄存器决定了其工作模式和温度转换操作的状态。例如，DONE 位表示转换完成状态，THF 和 TLF 位分别表示温度是否超过高温和低温阈值，NVB 位表示非易失性存储器是否繁忙，CPU 位决定 (CLK / overline{CONV}) 引脚的功能，1SHOT 位控制是否为单次转换模式。

在典型的恒温操作中，DS1620可工作在连续模式。但在某些只需要单次读数或需要节省电源的应用中，可使用单次模式。

4. 独立模式操作

在作为简单恒温器使用时，DS1620无需 CPU。由于温度限制是非易失性的，可在插入系统前进行编程。通过将配置寄存器中的 CPU 位设置为 0，可使用 (CLK / overline{CONV}) 引脚启动转换。当 (RST) 为低电平且 (CLK / overline{CONV}) 为高电平时，若 (CLK / overline{CONV}) 先拉低再在 10ms 内拉高，将进行一次温度转换；若 (CLK / overline{CONV}) 拉低后保持低电平，则进行连续转换。

五、3 线通信

3 线总线由 (RST)（复位）、CLK（时钟）和 DQ（数据）三个信号组成。所有数据传输通过将 (RST) 输入拉高启动，拉低 (RST) 终止通信。数据以 LSB 优先的方式传输，命令集如下：	指令	描述	协议	3 线总线数据	注意事项
温度转换命令
Read Temperature	读取温度寄存器中最后一次转换的温度值	AAh
Read Counter	读取计数器中剩余的计数值	A0h
Read Slope	读取斜率累加器的值	A9h
Start Convert T	启动温度转换	EEh	Idle	连续模式下可启动连续转换，单次模式下进行一次转换
Stop Convert T	停止温度转换	22h	Idle	连续模式下可停止转换
恒温器命令
Write TH	将高温限制值写入 (T_{H}) 寄存器	01h		写入 (E^{2}) 需 10ms，期间避免再次写入
Write TL	将低温限制值写入 (T_{L}) 寄存器	02h		写入 (E^{2}) 需 10ms，期间避免再次写入
Read TH	读取 (T_{H}) 寄存器中存储的高温限制值	A1h
Read TL	读取 (T_{L}) 寄存器中存储的低温限制值	A2h
Write Config	将配置数据写入配置寄存器	0Ch		写入 (E^{2}) 需 10ms，期间避免再次写入
Read Config	读取配置寄存器中的配置数据	ACh

六、电气特性

1. 绝对最大额定值

电压范围为 -0.5V 到 +6.0V，工作温度范围为 -55°C 到 +125°C，存储温度范围为 -55°C 到 +125°C，焊接温度为 260°C 持续 10 秒。

2. 推荐直流工作条件

供电电压 (V{DD}) 范围为 2.7V 到 5.5V，逻辑 1 输入电压 (V{IH}) 为 0.7 x (V{DD}) 到 (V{CC}) + 0.3V，逻辑 0 输入电压 (V{IL}) 为 -0.3V 到 0.3 x (V{DD})。

3. 直流电气特性

温度计误差在不同温度和电压范围内有所不同，分辨率为 12 位，逻辑 0 输出电压 (V{OL}) 最大为 0.4V，逻辑 1 输出电压 (V{OH}) 最小为 2.4V，输入电阻 (R{I}) 为 1MΩ，有源供电电流 (I{CC}) 最大为 1mA，待机供电电流 (I_{STBY}) 最大为 1.5µA，各引脚输入电流范围为 -10µA 到 +10µA，热漂移最大为 ±0.2°C。

4. 交流电气特性

温度转换时间最大为 750ms，数据到时钟建立时间 (t{DC}) 最小为 35ns，时钟到数据保持时间 (t{CDH}) 最小为 40ns，时钟到数据延迟 (t{CDD}) 最大为 150ns，时钟低电平时间 (t{CL}) 和高电平时间 (t{CH}) 最小为 285ns，时钟频率 (f{CLK}) 最大为 1.75MHz，时钟上升和下降时间 (t{R})、(t{F}) 最大为 500ns，(RST) 到时钟建立时间 (t{CC}) 最小为 100ns，时钟到 (RST) 保持时间 (t{CCH}) 最小为 40ns，(RST) 非激活时间 (t{CWH}) 最小为 125ns，时钟高电平到 I/O 高阻时间 (t{CDZ}) 最大为 50ns，(RST) 低电平到 I/O 高阻时间 (t{RDZ}) 最大为 50ns，转换脉冲宽度 (t{CNV}) 最小为 250ns 最大为 500ms。

5. EEPROM 交流电气特性

EEPROM 写周期时间最大为 10ms，在 -55°C 到 +55°C 范围内可进行 50k 次写入，数据保留时间为 10 年。

七、功能示例

下面是一个 CPU 配置 DS1620 进行连续转换和恒温功能的示例：	CPU 模式	DS1620 模式（3 线）	数据（LSB 优先）	注释
TX	RX	0Ch	CPU 发出 Write Config 命令
TX	RX	00h	CPU 设置 DS1620 为连续转换模式
TX	RX	Toggle RST	CPU 向 DS1620 发出复位信号
TX	RX	01h	CPU 发出 Write TH 命令
TX	RX	0050h	CPU 发送 (T_{H}) 限制值为 +40°C 的数据
TX	RX	Toggle RST	CPU 向 DS1620 发出复位信号
TX	RX	02h	CPU 发出 Write TL 命令
TX	RX	0014h	CPU 发送 (T_{L}) 限制值为 +10°C 的数据
TX	RX	Toggle RST	CPU 向 DS1620 发出复位信号
TX	RX	A1h	CPU 发出 Read TH 命令
RX	TX	0050h	DS1620 发送存储的 (T_{H}) 值供 CPU 验证
TX	RX	Toggle RST	CPU 向 DS1620 发出复位信号
TX	RX	A2h	CPU 发出 Read TL 命令
RX	TX	0014h	DS1620 发送存储的 (T_{L}) 值供 CPU 验证
TX	RX	Toggle RST	CPU 向 DS1620 发出复位信号
TX	RX	EEh	CPU 发出 Start Convert T 命令
TX	RX	Drop RST	CPU 向 DS1620 发出复位信号

通过以上介绍，相信大家对 DS1620 数字温度计与恒温器有了更深入的了解。在实际应用中，我们可以根据具体需求合理配置和使用该产品，以实现精准的温度监测与控制。你在使用 DS1620 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。