LM90：高精度数字温度传感器的设计与应用

在电子设备的设计中，温度监测是一个至关重要的环节。无论是笔记本电脑、服务器，还是电子测试设备，都需要精确的温度传感器来确保系统的稳定运行。今天，我们就来深入了解一款由德州仪器（TI）推出的高精度数字温度传感器——LM90。

文件下载：lm90.pdf

一、LM90概述

LM90是一款具有2线系统管理总线（SMBus）串行接口的11位数字温度传感器。它不仅能够精确测量自身的温度，还能测量外部设备（如处理器热二极管或二极管连接的晶体管）的温度。只要目标芯片上有专用二极管（半导体结），就可以使用LM90准确确定任何ASIC的温度。其远程传感器精度可达±3°C，并且针对移动奔腾III热二极管的典型非理想因子1.008进行了工厂校准。

二、关键特性

2.1 温度感知能力

• 远程温度感知：能够准确感知远程IC或二极管结的芯片温度，通过偏移寄存器可以精确测量各种热二极管。
• 本地温度感知：具备板载本地温度传感功能。

2.2 高精度与高分辨率

• 远程温度数据格式：采用10位加符号的远程二极管温度数据格式，分辨率为0.125°C。
• 本地温度数据格式：本地二极管测量分辨率为8位，分辨率为1°C。

2.3 故障检测与报警功能

• 二极管故障检测：配备二极管故障检测电路，能够检测远程二极管的故障情况。
• T_CRIT_A输出：可用于系统关机，当任何温度超过T_CRIT编程极限时激活，且开路二极管不会激活T_CRIT_A。
• ALERT输出：支持SMBus 2.0协议，当温度超出预设范围时触发报警。

2.4 接口与封装

• SMBus 2.0兼容接口：支持超时功能，方便与其他设备进行通信。
• 8引脚VSSOP封装：体积小巧，适合各种应用场景。

三、技术参数

3.1 供电参数

• 供电电压：3.0V - 3.6V
• 供电电流：典型值为0.8mA

3.2 温度精度

• 本地温度精度：在TA = 25°C至125°C范围内，最大误差为±4.0°C（包括量化误差）。
• 远程二极管温度精度：在TA = 30°C至50°C，TD = 60°C至100°C范围内，最大误差为±3.0°C；在TA = 0°C至85°C，TD = 25°C至125°C范围内，最大误差为±4.0°C（包括量化误差）。

四、功能描述

4.1 温度转换

LM90采用基于delta VBE的温度传感器和10位加符号的ADC（Delta - Sigma模数转换器），大约需要31.25ms来转换本地温度（LT）、远程温度（RT）并更新所有寄存器。转换速率可以通过转换速率寄存器（04h）进行修改。

4.2 报警输出

• ALERT输出：有三种使用方式，分别作为温度比较器、温度中断标志和SMBus ALERT系统的一部分。当温度超出预设范围时，ALERT输出被触发，具体的复位方式取决于所选的使用方法。
• T_CRIT_A输出：当任何温度读数大于临界温度设定点寄存器（T_CRIT）中的预设极限时，T_CRIT_A被激活。

4.3 寄存器配置

LM90有多个寄存器，包括命令寄存器、温度寄存器、状态寄存器、配置寄存器等。通过这些寄存器，可以实现对温度测量、报警设置、转换速率等功能的配置。

五、应用提示

5.1 温度测量

• 本地温度测量：LM90的温度与印刷电路板焊盘和走线的温度相关，当环境空气温度与电路板表面温度接近时，LM90的温度近似为电路板的温度。
• 远程温度测量：使用远程二极管可以测量LM90芯片外部的温度，二极管可以位于目标IC的芯片上，也可以使用离散二极管来测量外部物体或环境空气的温度。

5.2 二极管非理想性补偿

由于二极管的非理想因子会影响温度测量的准确性，LM90针对移动奔腾III处理器的非理想因子进行了校准。当使用不同处理器或二极管的非理想因子偏离典型值时，可以通过偏移寄存器（11h和12h）来补偿温度误差。

5.3 PCB布局

在PCB布局时，需要注意以下几点以减少噪声对温度测量的影响：

• 靠近VDD引脚放置0.1µF的电源旁路电容，靠近D+和D−引脚放置2.2nF的二极管旁路电容，并确保连接电容的走线匹配。
• 将LM90放置在距离处理器二极管引脚10cm以内，走线尽量直、短且相同。
• 二极管走线周围设置接地保护环，避免与电源开关、滤波电感、高速数字和总线线路靠近或平行。

六、总结

LM90是一款功能强大、精度高的数字温度传感器，适用于各种需要温度监测的应用场景。通过合理的配置和布局，可以充分发挥其性能，确保系统的稳定运行。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，选择合适的使用方式和参数设置，以达到最佳的温度监测效果。 你在使用LM90过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。