LTC2991：八通道 I²C 电压、电流和温度监测器的全面解析

在电子设计领域，对于系统温度、电压和电流的精确监测至关重要。Linear Technology 推出的 LTC2991 八通道 I²C 电压、电流和温度监测器，为工程师们提供了一个强大而灵活的解决方案。本文将对 LTC2991 进行详细解析，涵盖其特性、应用、电气参数、操作原理以及典型应用等方面。

文件下载：DC1785A.pdf

特性亮点

多参数测量

LTC2991 具备测量电压、电流和温度的能力，可同时测量四个远程二极管温度，精度达 0.7°C（典型值），分辨率为 0.06°C，内部温度传感器精度为 1°C（典型值），还支持串联电阻消除功能。

高精度 ADC

采用 14 位 ADC 进行电压/电流测量，具备 PWM 温度输出，能满足高精度测量需求。

灵活的供电与地址选择

工作电压范围为 3V 至 5.5V，拥有八个可选地址，内部集成 10ppm/°C 电压基准，减少了外部元件的使用。

高 ESD 防护

V1 至 V8 输入的 ESD 额定值高达 6kV HBM，增强了设备的可靠性。

小巧封装

采用 16 引脚 MSOP 封装，节省了 PCB 空间。

应用领域

LTC2991 的应用十分广泛，包括但不限于以下方面：

• 温度测量：可精确测量内部和外部温度，适用于各种需要温度监测的场景。
• 电源电压监测：实时监测电源电压，确保系统稳定运行。
• 电流测量：配合电流感测电阻，实现高精度电流测量。
• 远程数据采集：通过 I²C 接口，方便地进行远程数据采集。
• 环境监测：在环境监测系统中，监测温度、电压等参数。

电气特性

绝对最大额定值

• 电源电压（VCC）：-0.3V 至 6.0V
• 输入电压：-0.3V 至 (VCC + 0.3V)
• 输出电压：-0.3V 至 (VCC + 0.3V)
• 工作温度范围：LTC2991C 为 0°C 至 70°C，LTC2991I 为 -40°C 至 85°C
• 存储温度范围：-65°C 至 150°C
• 引脚温度（焊接，10 秒）：MS 封装为 300°C

电气参数

在各种电气参数方面，LTC2991 表现出色。例如，输入电源范围为 2.9V 至 5.5V，转换期间输入电源电流典型值为 1.1mA，关机模式下输入电源电流典型值为 1µA。在测量精度方面，内部温度总未调整误差典型值为 ±1°C，远程二极管温度总未调整误差典型值为 ±0.7°C。

引脚功能

LTC2991 的引脚功能丰富且灵活，以下是主要引脚的功能介绍：

• V1 - V8：可配置为单端输入或差分输入，用于电压、电流或温度测量。
• GND：设备接地引脚，需通过低阻抗连接至系统地。
• SDA：串行总线数据输入和输出引脚，用于数据传输。
• SCL：I²C 接口的串行总线时钟输入引脚，LTC2991 作为从设备，仅接受外部串行时钟。
• PWM：PWM 输出引脚，提供与连接到 V7 和 V8 引脚的远程二极管温度成比例的占空比输出。
• ADR0 - ADR2：串行总线地址控制输入引脚，用于选择 I²C 地址。
• VCC：芯片电源引脚，需连接至 2.9V 至 5.5V 的低噪声电源，并配备 0.1µF 去耦电容。

工作原理

LTC2991 通过 I²C 接口进行配置，可实现多种参数的测量。输入信号通过输入多路复用器选择，由控制逻辑块管理数据采集的顺序和类型。控制逻辑块还在远程温度采集期间控制电流源。数据采集顺序固定为 V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、内部温度，最后是 VCC。ADC 进行必要的转换，并将数据提供给控制逻辑，路由到相应的数据寄存器。

远程二极管测量采用多次 ADC 转换和源电流，以补偿传感器串联电阻。LTC2991 校准为理想因子为 1.004 的远程二极管提供正确的温度测量。对于其他理想因子的传感器，可通过软件进行补偿。

应用信息

上电

VCC 引脚电压必须超过 2.5V 的欠压（UV）阈值，以确保 LTC2991 正常启动，上电复位将清除所有数据寄存器和控制寄存器。

温度测量

LTC2991 可测量内部温度和多达四个外部二极管或晶体管传感器的温度。在温度转换期间，通过 V1、V3、V5 或 V7 引脚提供电流，以正向偏置远程感测二极管。由于传感器电压随温度变化的幅度较小，环境噪声必须保持在最低水平，推荐的屏蔽和 PCB 布线考虑可参考相关图示。

理想因子缩放

LTC2991 校准为理想因子为 1.004 的远程二极管提供正确的温度测量。对于其他理想因子的传感器，可通过简单的缩放方程进行补偿，以获得准确的温度测量结果。

采样电流

单端电压测量由内部 ADC 直接采样，平均 ADC 输入电流与输入电压有关。输入源电阻小于 500Ω 时，14 位转换的满量程增益误差小于 1/2 LSB。

电流测量

LTC2991 可通过添加电流感测电阻实现 14 位电流测量。为实现 14 位精度，需要进行 4 点或 Kelvin 连接测量感测电阻的差分电压。同时，可通过软件补偿感测电阻的绝对电阻公差和温度系数。

设备配置

LTC2991 通过串行接口写入通道控制寄存器进行配置，可实现多种应用配置，包括电压、温度和电流测量。可配置为单次或重复采集，采集过程中串行读取数据传输时采集会冻结，以防止数据不同步。

数据格式

数据寄存器分为 8 位高字节和低字节，电压和温度转换为 13 位。温度转换结果以 Celsius 或 Kelvin 格式报告，电压结果分为单端电压和差分电压，通过相应的方程进行转换。

PWM 输出

提供 9 位、1kHz 的 PWM 输出，与 V7 温度成比例，可用于控制风扇或加热器。PWM 阈值可通过寄存器设置，输出可禁用或反转。

数字滤波器

每个转换结果可使用片上数字滤波器进行滤波，滤波器方程为 OUTPUT[X] = (15 * (OUTPUT[X - 1]) + SAMPLE[X]) / 16。滤波器可针对每个通道对和内部温度测量进行启用或禁用，VCC 测量不可滤波。

数字接口

LTC2991 通过 2 线接口与总线主设备通信，兼容 I²C 总线和 SMBus。支持标准模式和快速模式，数据传输速率分别可达 100kbit/s 和 400kbit/s。

典型应用

LTC2991 在多个领域有典型应用，如：

• 高电压/电流和温度监测：用于监测高电压、电流和温度，确保系统安全稳定运行。
• 计算机电压和温度监测：实时监测计算机的电压和温度，保障计算机正常工作。
• 电机保护/调节：监测电机的电压、电流和温度，实现电机的保护和调节。
• 电池监测：监测电池的电压、电流和温度，确保电池安全使用。

总结

LTC2991 是一款功能强大、性能优越的八通道 I²C 电压、电流和温度监测器，具有高精度、灵活性和可靠性等优点。通过本文的详细解析，相信工程师们对 LTC2991 有了更深入的了解，能够更好地将其应用于实际设计中。在实际应用中，你是否遇到过类似监测器的使用问题？欢迎在评论区分享你的经验和见解。