深入解析LM64：高精度温度传感器与PWM风扇控制的完美结合

在电子设备的设计中，温度监测与控制是至关重要的环节，它直接影响着设备的性能和稳定性。TI推出的LM64 ±1°C远程二极管温度传感器，凭借其高精度的温度测量和强大的PWM风扇控制功能，成为众多电子工程师的首选。本文将深入剖析LM64的特性、应用、关键规格以及工作原理，帮助大家更好地理解和应用这款产品。

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1. 产品特性

1.1 精准的温度测量

LM64能够精确地测量本地和远程二极管的温度。其远程二极管温度测量精度在特定温度范围内可达±1.0°C（最大），本地温度测量精度在25°C至125°C的环境温度下，最大误差为±3.0°C。这种高精度的测量能力，使得LM64在对温度要求严格的应用场景中表现出色。

1.2 集成PWM风扇控制

LM64集成了PWM风扇速度控制输出，通过可编程的8步查找表，可以实现非线性的风扇速度与温度传递函数，有效降低风扇的声学噪音。这一特性在需要安静运行环境的设备中尤为重要，如计算机处理器和图形处理器的散热系统。

1.3 多功能引脚设计

LM64拥有5个通用输入/输出（GPIO）引脚和5个通用默认输入（GPD）引脚，为用户提供了更多的灵活性和扩展性。这些引脚可以用于连接各种外部设备，实现不同的功能。

1.4 兼容SMBus 2.0接口

SMBus 2.0兼容接口支持TIMEOUT功能，方便与其他设备进行通信和数据传输。这使得LM64能够轻松集成到各种系统中，与其他设备协同工作。

2. 应用领域

LM64的应用范围广泛，涵盖了多个领域：

• 计算机处理器热管理：精确监测处理器温度，根据温度变化调节风扇速度，确保处理器在安全的温度范围内运行。
• 图形处理器热管理：同样适用于图形处理器的散热控制，提高图形处理性能和稳定性。
• 电压调节器模块：对电压调节器模块的温度进行监测和控制，保证其正常工作。
• 电子仪器：在电子仪器中，精确的温度测量和控制对于保证仪器的精度和可靠性至关重要。
• 电源供应：监测电源供应的温度，防止过热损坏，提高电源的效率和寿命。
• 投影仪：控制投影仪内部的温度，确保投影效果和设备的稳定性。

3. 关键规格

3.1 温度精度

• 远程二极管温度精度：在不同的环境温度和二极管温度范围内，最大误差分别为±1.0°C（30°C至50°C环境温度，120°C至140°C二极管温度）和±3.0°C（0°C至85°C环境温度，25°C至140°C二极管温度）。
• 本地温度精度：在25°C至125°C的环境温度下，最大误差为±3.0°C。

  3.2 电源要求

• 电源直流电压：3.0 V至3.6 V。
• 电源直流电流：典型值为1.1 mA。

4. 引脚说明

LM64采用24引脚WQFN封装，各引脚功能如下：	Pin	Name	Input/Output	Function and Connection
1	GPIO1	Digital Input/ Open-Drain Output	通用开漏数字输出或数字输入，典型上拉电阻为10 kΩ至VDD。
2	GPIO2	Digital Input/ Open-Drain Output	通用开漏数字输出或数字输入，典型上拉电阻为10 kΩ至VDD。
3	GPIO3	Digital Input/ Open-Drain Output	通用开漏数字输出或数字输入，典型上拉电阻为10 kΩ至VDD。
4	PWM	Open-Drain Digital Output	开漏数字输出，连接到风扇驱动电路，上电默认低电平。
5	VDD	Power Supply Input	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陶瓷电容旁路到GND，VDD引脚附近需要10 µF的大容量电容。
6	D+	Analog Input	连接到远程二极管的阳极，6和7引脚之间必须连接2.2 nF陶瓷电容。
7	D-	Analog Input	连接到远程二极管的阴极，6和7引脚之间必须连接2.2 nF陶瓷电容。
8	T_Crit	Open-Drain Digital Output	开漏数字输出，典型上拉电阻为3 kΩ至VDD。
9	N/C	N/A	无连接。
10	N/C	N/A	无连接。
11	N/C	N/A	无连接。
12	A0	Digital Input	SMBus地址选择引脚，高电平为0x4E，低电平为0x18，典型上拉电阻为10 kΩ至VDD。
13	GND	Ground	模拟和数字接地。
14	ALERT	Open-Drain Digital Output	开漏ALERT输出，典型上拉电阻为3 kΩ至VDD。
15	TACH	Digital Input	数字转速计输入，典型上拉电阻为3 kΩ至VDD。
16	SMBDAT	Digital Input/ Open-Drain Output	双向SMBus数据线，典型上拉电阻为1.5 kΩ至VDD。
17	SMBCLK	Digital Input	SMBus时钟输入，典型上拉电阻为1.5 kΩ至VDD。
18	GPIO5	Digital Input/ Open-Drain Output	通用开漏数字输出或数字输入，典型上拉电阻为10 kΩ至VDD。
19	GPIO4	Digital Input/ Open-Drain Output	通用开漏数字输出或数字输入，典型上拉电阻为10 kΩ至VDD。
20	GPD1	Digital Input	通用默认输入引脚，典型上拉电阻为10 kΩ至VDD，必须连接到逻辑高或低电平。
21	GPD2	Digital Input	通用默认输入引脚，典型上拉电阻为10 kΩ至VDD，必须连接到逻辑高或低电平。
22	GPD3	Digital Input	通用默认输入引脚，典型上拉电阻为10 kΩ至VDD，必须连接到逻辑高或低电平。
23	GPD4	Digital Input	通用默认输入引脚，典型上拉电阻为10 kΩ至VDD，必须连接到逻辑高或低电平。
24	GPD5	Digital Input	通用默认输入引脚，典型上拉电阻为10 kΩ至VDD，必须连接到逻辑高或低电平。

5. 工作原理

5.1 温度测量

LM64采用基于(Delta V{BE})的温度传感器和10位加符号(Delta sum) ADC（Delta - Sigma模数转换器），能够精确测量本地和远程二极管的温度。对于远程二极管温度测量，LM64针对MMBT3904二极管连接的晶体管进行了工厂校准，高温时具有16°C的偏移，即(T{ACTUAL DIODE JUNCTION} = T_{LM64} + 16°C)。

5.2 风扇控制

PWM开漏输出通过上拉电阻驱动开关晶体管，对风扇进行速度调制。同时，LM64可以通过风扇的开集电极转速计输出脉冲测量风扇速度。

5.3 警报输出

LM64的ALERT开漏输出在特定条件下会被拉低。通过数字比较器将测量的本地温度（LT）和远程温度（RT）与用户可编程的温度设定点进行比较，当测量温度超过设定点或低于低设定点时，ALERT输出将被触发。ALERT输出有三种使用方式：

• 温度比较器：当触发ALERT的条件不再存在时，ALERT输出将恢复高电平，无需软件干预。
• 中断信号：ALERT输出可作为简单的中断信号，触发中断服务程序。在读取ALERT状态寄存器时，LM64会设置ALERT掩码位，防止进一步触发ALERT，直到主设备重置该位。
• SMBus ALERT：当ALERT输出连接到其他SMBus兼容设备的ALERT输出和主设备时，使用ARA（Alert Response Address）协议。主设备通过发送ARA命令识别触发ALERT的设备，并进行相应处理。

6. 注意事项

6.1 ESD保护

LM64内置的ESD保护有限，在存储或处理过程中，应将引脚短路或将设备放置在导电泡沫中，以防止MOS栅极受到静电损坏。

6.2 电源和电容

VDD引脚需要连接到低噪声电源，并使用适当的电容进行旁路和大容量电容，以确保稳定的电源供应。

6.3 二极管连接

远程二极管的连接需要注意极性，并且6和7引脚之间必须连接2.2 nF陶瓷电容，以保证温度测量的准确性。

7. 总结

LM64作为一款功能强大的远程二极管温度传感器，具有高精度的温度测量、灵活的风扇控制和多功能的引脚设计。其广泛的应用领域和丰富的特性，使其成为电子工程师在温度监测和控制方面的理想选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理配置LM64的各项参数，确保设备的稳定运行。同时，要注意ESD保护、电源和电容的使用等细节，以充分发挥LM64的性能。大家在使用LM64的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。