深入剖析LM63：精准温度监测与智能风扇控制的理想之选

在电子设备的设计中，温度监测和风扇控制是至关重要的环节，它们直接影响着设备的性能和稳定性。TI推出的LM63远程二极管数字温度传感器，凭借其高精度的温度测量和集成的风扇控制功能，成为了众多应用场景中的理想选择。今天，我们就来深入剖析一下这款传感器。

文件下载：lm63.pdf

一、LM63概述

LM63是一款集成了风扇控制功能的远程二极管温度传感器。它不仅能够精确测量自身温度，还能准确感知二极管连接的晶体管（如2N3904）或常见于计算机处理器、图形处理器单元（GPU）和其他ASIC中的热敏二极管的温度。其精度经过工厂校准，适用于英特尔0.13微米奔腾4和移动奔腾4处理器 - M的热敏二极管，同时还具备偏移寄存器，可校正因其他热敏二极管不同非理想因素导致的误差。

二、关键特性

高精度温度测量

• 远程二极管温度精度：在不同环境温度和二极管温度范围内，LM63C的最大误差可达±1.0°C，LM63D为±3.0°C，全版本在0 - 85°C环境温度和25 - 125°C二极管温度下，最大误差为±3.0°C。
• 本地温度精度：在25 - 125°C环境温度下，最大误差为±3.0°C。

集成风扇控制

• PWM风扇速度控制输出：通过脉冲宽度调制（PWM）的开漏输出，结合远程温度读数、查找表和寄存器设置来控制风扇速度。
• 声学风扇噪声降低：用户可通过可编程的8步查找表，实现非线性的风扇速度与温度传递函数，有效降低风扇噪声。

多功能引脚设计

• ALERT/TACH引脚：该引脚可根据编程设置，作为开漏ALERT输出或转速计输入，用于测量风扇速度。

其他特性

• SMBus 2.0兼容接口：支持TIMEOUT功能，方便与其他设备进行通信。
• LM86兼容引脚和寄存器集：易于与现有系统集成。
• 10位加符号的远程二极管温度数据格式：分辨率高达0.125°C。

三、引脚说明

PIN	NAME	INPUT/OUTPUT	FUNCTION AND CONNECTION
1	VDD	电源输入	连接到低噪声+3.3 ± 0.3 VDC电源，并通过0.1 µF陶瓷电容和100 pF陶瓷电容并联旁路到GND。在VDD引脚附近需要一个10 µF的大容量电容。
2	D+	模拟输入	连接到远程二极管的阳极（正极），2和3引脚之间必须连接一个2.2 nF陶瓷电容。
3	D -	模拟输入	连接到远程二极管的阴极（负极），2和3引脚之间必须连接一个2.2 nF陶瓷电容。
4	PWM	开漏数字输出	连接到风扇驱动电路，上电默认低电平（引脚4接地）。
5	GND	接地	模拟和数字接地返回。
6	ALERT/TACH	数字I/O	根据编程设置，作为开漏ALERT输出或转速计输入，上电默认ALERT功能。
7	SMBDAT	数字输入/开漏输出	双向SMBus数据线。
8	SMBCLK	数字输入	SMBus时钟输入。

四、工作原理

温度测量

LM63采用基于ΔVBE的温度传感器和10位加符号的ΔΣ ADC（Delta - Sigma模数转换器）来测量温度。通过比较本地温度和远程温度与用户可编程的设定点，当测量温度超出设定范围时，会触发ALERT输出。

风扇控制

风扇速度由远程温度读数、查找表和寄存器设置共同决定。用户可以通过编程查找表，实现不同温度下的风扇速度控制，以达到降低噪声的目的。

低功耗模式

LM63可以通过设置配置寄存器中的待机位进入低功耗待机模式，在该模式下连续转换停止。用户还可以通过编程配置寄存器中的PWM禁用待机位，选择是否允许PWM输出信号继续。

五、寄存器配置

LM63的寄存器分为只读、只写、读写同一地址和读写不同地址四种类型。重要的寄存器包括配置寄存器、温度寄存器、设定点寄存器、查找表寄存器等。通过合理配置这些寄存器，可以实现温度测量、风扇控制、ALERT输出等功能。

配置寄存器

用于设置ALERT中断使能、待机模式、PWM输出在待机模式下的状态、ALERT/TACH引脚功能等。

温度寄存器

本地温度寄存器为8位宽，远程温度寄存器为11位宽，以2的补码形式表示温度数据。

设定点寄存器

包括本地高设定点、远程高设定点、远程低设定点和远程T_CRIT设定点寄存器，用于设置温度报警阈值。

查找表寄存器

由8个8位寄存器组成，存储PWM和温度对，用于实现非线性的风扇速度控制。

六、应用注意事项

二极管故障检测

LM63能够检测远程二极管的故障情况。当D+引脚短路到VDD或开路时，远程温度寄存器会加载特定值，并设置状态寄存器中的OPEN位；当D+引脚短路到地或D - 时，远程温度寄存器会加载 - 128°C。

通信与配置

与LM63通信时，写入操作由地址字节和命令字节组成，读取操作需要先进行必要的寄存器设置序列。

PCB布局

在PCB布局时，要注意减少噪声干扰。例如，使用低噪声电源，合理放置旁路电容，避免二极管走线靠近高速数字和总线线路，确保LM63的GND引脚与处理器的GND尽可能靠近等。

七、总结

LM63以其高精度的温度测量、集成的风扇控制功能、多功能的引脚设计和丰富的寄存器配置，为电子设备的温度监测和风扇控制提供了一个全面而可靠的解决方案。无论是计算机处理器、图形处理器还是其他工业控制设备，LM63都能发挥重要作用。在实际应用中，工程师们需要根据具体需求，合理配置寄存器和进行PCB布局，以充分发挥LM63的性能。大家在使用LM63的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。