onsemi N34TS108数字温度传感器：设计与应用全解析

在电子设备的设计中，精确的温度监测与控制至关重要。onsemi的N34TS108数字温度传感器凭借其出色的性能和丰富的功能，成为了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传感器。

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一、产品概述

N34TS108是一款数字输出温度传感器，具备动态可编程的极限窗口以及欠温和过温警报功能。这些特性使得它无需控制器或应用处理器频繁读取温度，就能实现优化的温度控制。它兼容SMBus和两线接口，并且在一条总线上最多可连接三个设备，同时支持SMBus警报功能。该传感器适用于各种消费、计算机和环境应用中的热管理优化，工作温度范围为 -40°C 至 +125°C。
 

功能框图

二、产品特性

2.1 高精度测量

• 在 -20°C 至 +85°C 范围内，精度可达 ±0.75°C（最大）；在 -40°C 至 +125°C 范围内，精度为 ±1°C（最大）。如此高的精度能够满足大多数应用场景对温度测量的要求。

  2.2 低静态电流

  在 -40°C 至 +125°C 的整个工作温度范围内，静态电流仅为 6μA，这对于需要长时间运行且对功耗敏感的设备来说非常重要。

  2.3 宽电源范围

  电源电压范围为 1.4V 至 3.6V，这使得它可以适应不同的电源系统，提高了产品的通用性。

  2.4 高分辨率

  具备 12 位分辨率，对应 0.0625°C 的温度分辨率，能够更精确地感知温度变化。

  2.5 小封装形式

  提供 1.2mm × 0.8mm 的 6 球 WCSP 和 2.0mm × 2.0mm 的 UDFN6 两种封装形式，适合对空间要求较高的应用。

三、典型应用

3.1 智能手机和平板电脑热管理

随着智能手机和平板电脑性能的不断提升，发热问题日益突出。N34TS108 可以实时监测设备内部温度，当温度过高时及时发出警报，帮助系统采取相应的散热措施，保证设备的稳定运行。

3.2 电池管理

在电池充放电过程中，温度对电池的性能和寿命有着重要影响。通过使用 N34TS108 监测电池温度，可以避免电池在过高或过低温度下工作，延长电池使用寿命。

3.3 恒温器控制

在恒温器应用中，N34TS108 能够精确测量环境温度，并根据设定的温度范围进行自动调节，实现恒温控制。

3.4 环境监测和 HVAC 系统

在环境监测和 HVAC（供热、通风与空气调节）系统中，N34TS108 可以实时监测环境温度，为系统的运行提供准确的数据支持。

四、电气特性

4.1 绝对最大额定值

参数	额定值	单位
电源电压	3.6	V
输入电压	-0.5 至 3.6	V
工作温度	-55 至 150	°C
结温（TJ）	150	°C
存储温度 Tsig	-60 至 150	°C

需要注意的是，超过这些最大额定值可能会损坏设备，影响其功能和可靠性。

4.2 直流工作特性

在不同的工作条件下，N34TS108 具有不同的电气特性。例如，在温度输入方面，其测量范围为 -40°C 至 +125°C，在不同温度区间有着不同的精度表现。在数字输入/输出方面，规定了输入逻辑高电平、低电平、输入电流、输出逻辑低电平等参数。在电源方面，给出了工作电源范围、静态电流和关断电流等参数。这些参数为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据。

4.3 交流工作特性

N34TS108 支持快速模式（0.001 - 0.4MHz）和高速模式（0.001 - 3.4MHz）的 SCL 操作频率。在不同的电源电压和工作模式下，对总线空闲时间、重复启动条件的保持时间和建立时间、停止条件的建立时间、数据保持时间和建立时间、SCL 时钟低周期和高周期等交流参数都有相应的规定。这些参数确保了传感器在不同工作频率下的稳定通信。

五、内部寄存器结构

5.1 指针寄存器

通过 8 位指针寄存器可以寻址特定的数据寄存器。指针寄存器使用两个最低有效位（LSBs）来识别哪个数据寄存器响应读写命令。其 P1 和 P0 位的上电复位值为 ‘00’。不同的 P1 和 P0 组合对应不同的寄存器，如温度寄存器、配置寄存器、TLow 寄存器和 THIGH 寄存器。

5.2 温度寄存器

温度寄存器是一个 12 位的只读寄存器，存储最近一次转换的输出结果。需要读取两个字节才能获得完整的数据，其中第一个字节是最高有效字节，第二个字节是最低有效字节。每个最低有效位（LSB）对应 0.0625°C 的温度变化，负数采用二进制补码格式表示。上电或复位后，温度寄存器在第一次转换完成前显示为 0°C，未使用的位始终读取为 ‘0’。

5.3 配置寄存器

配置寄存器是一个 16 位的读写寄存器，用于存储控制温度传感器操作模式的位。读写操作先处理最高有效位（MSB）。该寄存器包含多个控制位，如滞后控制位（HYS1 和 HYS0）、极性位（POL）、模式位（M1 和 M0）、恒温器模式位（TM）、温度看门狗标志位（FL 和 FH）以及转换速率位（CR1 和 CR0）。

• 滞后控制（HYS1 和 HYS0）：在比较器模式下，这两个位可以将 N34TS108 的极限比较滞后配置为 0°C、1°C、2°C 或 4°C，默认滞后为 1°C。
• 极性（POL）：通过 POL 位可以编程 ALERT 引脚的极性。默认情况下，ALERT 为低电平有效；当 POL = ‘1’ 时，ALERT 引脚为高电平有效。
• 模式位（M1 和 M0）：可以设置为三种不同的模式：关机模式、单次模式或连续转换模式。关机模式可以降低功耗；单次模式在需要时进行单次温度转换，完成后返回关机状态，有助于减少不必要的功耗；连续转换模式则以由转换速率位（CR1 和 CR0）确定的速率进行连续转换。
• 恒温器模式（TM）：指示设备是工作在比较器模式（TM = ‘0’）还是中断模式（TM = ‘1’，默认）。
• 温度看门狗标志（FL 和 FH）：用于比较每次转换结束时设备温度与温度极限寄存器（THIGH 和 TLOW）中存储的值。如果温度超过 THIGH 寄存器的值，FH 标志位设置为 ‘1’；如果温度低于 TLOW 寄存器的值，FL 标志位设置为 ‘1’。
• 转换速率：CR1 和 CR0 位可以将 N34TS108 的转换速率配置为 0.25Hz、1Hz、4Hz 或 16Hz，默认速率为 1Hz。

5.4 高低极限寄存器

在比较器模式（TM = ‘0’）下，当温度超过 THIGH 寄存器的值或低于 TLOW 寄存器的值时，ALERT 引脚变为有效，直到温度回到 (TLOW + HYS) 和 (THIGH - HYS) 范围内才恢复无效。在中断模式（TM = ‘1’）下，当温度超过 THIGH 寄存器的值或低于 TLOW 寄存器的值时，ALERT 引脚变为有效，直到读取配置寄存器或设备成功响应 SMBus 警报响应地址才恢复无效。上电（复位）默认值为 THIGH = +127.9375°C 和 TLOW = -128°C，确保上电时极限窗口设置为最大，ALERT 引脚在寄存器中编程所需的极限值之前不会变为有效。

六、串行接口

6.1 串行总线地址

N34TS108 作为从设备在两线总线和 SMBus 上运行。通过 SDA 和 SCL 这两个开漏 I/O 线连接到总线，这两个引脚集成了尖峰抑制滤波器和施密特触发器，以减少输入尖峰和总线噪声的影响。它支持快速（1kHz 至 400kHz）和高速（1kHz 至 3.4MHz）模式的传输协议，所有数据字节先传输最高有效位（MSB）。通过地址引脚 A0，可以在单条总线上对最多三个设备进行寻址，不同的 A0 引脚连接对应不同的设备地址。

6.2 总线概述

在总线通信中，发起传输的设备称为主设备，受主设备控制的设备称为从设备。主设备负责生成串行时钟（SCL）、控制总线访问以及生成起始和停止条件。通过拉低 SDA 线同时 SCL 为高电平来发起起始条件，所有从设备会接收从设备地址字节，最后一位指示后续是读操作还是写操作。在第九个时钟脉冲时，被寻址的从设备通过拉低 SDA 线生成确认位来响应主设备。数据传输在八个时钟脉冲后跟随一个确认位进行，在数据传输期间，SCL 为高电平时 SDA 必须保持稳定。传输结束后，主设备通过在 SCL 为高电平时将 SDA 从低电平拉高来生成停止条件。

6.3 读写操作

要访问 N34TS108 上的特定寄存器，需要将适当的值写入指针寄存器。指针寄存器的值是在从设备地址字节之后传输的第一个字节，并且写操作的 R/W 位为低。读取操作时，使用上次写操作存储在指针寄存器中的值来确定要读取的寄存器。如果需要更改读取操作的寄存器指针，需要向指针寄存器写入新的值。寄存器字节先传输最高有效字节，然后是最低有效字节。

6.4 从模式操作

N34TS108 可以作为从接收器或从发送器工作。

• 从接收器模式：主设备发送的第一个字节是从设备地址，R/W 位为低。N34TS108 确认接收到有效地址后，主设备发送指针寄存器，N34TS108 再次确认。随后的数据字节被写入指针寄存器指定的寄存器，N34TS108 对每个数据字节进行确认。主设备可以通过生成起始或停止条件来终止数据传输。
• 从发送器模式：主设备发送的第一个字节是从设备地址，R/W 位为高。N34TS108 确认接收到有效地址后，发送指针寄存器指示的寄存器的最高有效字节，主设备确认接收。接着发送最低有效字节，主设备再次确认。主设备可以通过在接收任何数据字节时生成非确认位或生成起始或停止条件来终止数据传输。

  6.5 SMBus 警报功能

  N34TS108 支持 SMBus 警报功能。在中断模式（TM = ‘1’）下，ALERT 引脚可以作为 SMBus 警报信号连接。当主设备检测到 ALERT 线上存在警报条件时，会向总线发送 SMBus 警报命令（00011001）。如果 ALERT 引脚有效，设备会确认 SMBus 警报命令，并在 SDA 线上返回其从设备地址。从设备地址字节的第八位（LSB）指示警报条件是由温度超过 THIGH 还是低于 TLOW 引起的。如果总线上有多个设备响应 SMBus 警报命令，仲裁会确定哪个设备先清除其警报状态。

  6.6 通用调用

  N34TS108 响应两线通用调用地址（0000000），前提是第八位为 ‘0’。设备会确认通用调用地址并响应第二个字节中的命令。如果第二个字节是 00000100，N34TS108 会锁存地址引脚的状态，但不复位；如果第二个字节是 00000110，N34TS108 的内部寄存器会复位为上电值。该设备不支持通用地址获取命令。

  6.7 高速（Hs）模式

  为了使两线总线在高于 400kHz 的频率下运行，主设备必须在起始条件后发送 SMBus Hs 模式主代码（00001xxx）作为第一个字节，将总线切换到高速操作。N34TS108 不确认该字节，但会切换其 SDA 和 SCL 上的输入滤波器以及 SDA 上的输出滤波器以在 Hs 模式下工作，允许最高 3.4MHz 的传输。在发出 Hs 模式主代码后，主设备发送两线从设备地址来启动数据传输操作。总线会一直保持在 Hs 模式，直到总线上出现停止条件。接收到停止条件后，N34TS108 会将输入和输出滤波器切换回快速模式操作。

  6.8 超时功能

  如果 SCL 或 SDA 在起始和停止条件之间被拉低 30ms（典型值），N34TS108 会复位串行接口。如果 N34TS108 被拉低，它会释放总线并等待起始条件。为了避免激活超时功能，SCL 操作频率至少要保持在 1kHz。

七、订购信息

N34TS108 提供两种不同的封装和订购选项：	设备订购编号	标记	封装类型	温度范围	引脚 1 象限	运输方式
N34TS108C6ECT5G	C	WLCSP 6 球	-40°C 至 +125°C	1	5,000/卷带和卷轴
N34TS108MUET3G	A	UDFN6	-40°C 至 +125°C	2	3,000/卷带和卷轴

所有封装均符合 RoHS 标准（无铅、无卤），标准引脚/球镀层为 SnAgCu。

八、总结

onsemi 的 N34TS108 数字温度传感器以其高精度、低功耗、宽电源范围、丰富的功能和灵活的接口等特点，为电子工程师在热管理和热保护应用中提供了一个优秀的解决方案。通过深入了解其内部寄存器结构和串行接口协议，工程师可以更好地利用该传感器的各项功能，设计出更加高效、可靠的电子系统。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理配置传感器的参数，确保其性能得到充分发挥。同时，也要注意遵守其电气特性和操作要求，避免因不当使用而影响设备的性能和可靠性。你在使用类似温度传感器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。