深入解析N34TS04：数字输出温度传感器与SPD EEPROM的完美结合

在电子设计领域，精确的温度监测和数据存储是许多应用的关键需求。今天，我们将深入探讨安森美（onsemi）的N34TS04，这是一款集温度传感器（TS）和4 - Kb串行存在检测（SPD）EEPROM于一体的创新产品，它实现了JEDEC TSE2004av DDR4规范，并支持多种I2C协议。

文件下载：N34TS04-D.PDF

产品概述

N34TS04是一款功能强大的设备，它不仅能够以每秒至少10次的频率测量温度，还能通过串行接口将温度读数提供给主机。同时，它还具备SPD EEPROM功能，可用于存储重要数据。该产品的温度测量范围为 - 20°C至 + 125°C，电源范围为1.7 V - 5.5 V（SPD EEPROM）和2.2 V - 5.5 V（TS），适用于多种应用场景。

产品特性

兼容性与协议支持

• 规范兼容：符合JEDEC TSE2004av标准，与DDR4 DIMM兼容，确保了在主流内存模块中的广泛应用。
• 协议支持：支持标准（100 kHz）、快速（400 kHz）和快速增强（1 MHz）I2C协议，提供了灵活的数据传输选项。

电气特性

• 低功耗设计：采用低功耗CMOS技术，降低了系统的整体功耗，延长了电池寿命。
• 噪声抑制：在SCL和SDA输入上配备施密特触发器和噪声抑制滤波器，提高了信号的抗干扰能力。
• 页面写入缓冲区：拥有16字节的页面写入缓冲区，提高了数据写入效率。

封装与环保特性

• 小巧封装：提供2 x 3 x 0.75 mm TDFN封装和2 x 3 x 0.5 mm UDFN封装，节省了电路板空间。
• 环保设计：产品无铅且符合RoHS标准，符合环保要求。

引脚配置与功能

N34TS04的引脚配置清晰，每个引脚都有明确的功能：

• A0、A1、A2：设备地址输入引脚，用于设置设备的地址。
• SDA：串行数据输入/输出引脚，用于数据的传输。
• SCL：串行时钟输入引脚，提供时钟信号。
• EVENT：开漏事件输出引脚，用于信号温度超限等事件。
• VCC：电源引脚，提供电源。
• VSS：接地引脚。
• DAP：背面暴露的DAP引脚，连接到VSS。

电气特性

绝对最大额定值

参数	额定值	单位
工作温度	-45至 + 130	°C
存储温度	-65至 + 150	°C
任何引脚（除A0）相对于地的电压	-0.5至 + 6.5	V
A0引脚相对于地的电压	-0.5至 + 10.5	V

可靠性特性

符号	参数	最小值	单位
NEND	耐久性（EEPROM）	1,000,000	写入周期
TDR	数据保留（EEPROM）	100	年

温度特性

参数	测试条件/注释	最大值	单位
温度读数误差	+75°C ≤ TA ≤ +95°C，活动范围	±1.0	°C
+40°C ≤ TA ≤ +125°C，监测范围		±3.0	°C
ADC分辨率
温度分辨率		0.0625	°C
转换时间		100	ms
热阻（注3）θJA	结到环境（静止空气）	92	°C/W

直流工作特性

符号	参数	测试条件/注释	最小值	最大值	单位
ICC	电源电流	TS激活，SPD和总线空闲		1000	μA
SPD写入，TS关闭		1000	μA
ISHDN	待机电流	TS关闭；SPD和总线空闲		10	μA
LKG				2	μA
VIL	输入低电压	VCC ≥ 2.2 V	-0.5		V
VCC < 2.2 V		0.25 x VCC
VIH	输入高电压	VCC ≥ 2.2 V	0.7 x VCC	VCC + 0.5	V
VCC < 2.2 V		0.75 x VCC	VCC + 0.5
VOL（注4）	输出低电压	IOL = 3 mA，VCC ≥ 2.2 V		0.4	V
IOL = 1 mA，VCC < 2.2 V		0.2

交流特性

符号	参数	最小值	最大值	单位
FSCL（注5）	时钟频率	0.01	1	MHz
tHIGH	SCL时钟高电平周期	260		ns
tLOW	SCL时钟低电平周期	500		ns
tTIMEOUT（注6）	SMBus SCL时钟低电平超时	25	35	ms
tR（注7）	SDA和SCL上升时间		120	ns
tF（注7）	SDA和SCL下降时间		120	ns
tSU:DAT	输入数据建立时间	50		ns
tSU:STA	起始条件建立时间	260		ns
tHD:STA	起始条件保持时间	260		ns
tSU:STO	停止条件建立时间	260		ns
tBUF	停止和起始之间的总线空闲时间	500		ns
tHD:DAT	输入数据保持时间	0		ns
tDH（注7）	输出数据保持时间	120	300	ns
Ti	SCL和SDA输入的噪声脉冲滤波		50	ns
tWR	写入周期时间		5	ms
tPU（注8）	上电延迟到有效温度记录		100	ms

设备接口与协议

I2C/SMBus协议

N34TS04支持I2C和SMBus数据传输协议，这两种协议通过两根线（SCL和SDA）实现数据的串行通信。主设备通过生成串行时钟和起始、停止条件来控制数据的流动，N34TS04作为从设备响应主设备的命令。

设备寻址

主设备通过在总线上创建起始条件来启动数据传输，然后广播一个8位的串行从设备地址。前4位确定命令是针对温度传感器还是EEPROM，接下来的3位（A2、A1、A0）选择8个可能的从设备之一，最后一位指定是读（1）还是写（0）操作。

确认机制

当从设备接收到匹配的地址时，会在第9个时钟周期拉低SDA线进行确认（ACK）。在数据传输过程中，从设备会对主设备发送的所有数据字节进行确认，而主设备在从设备作为发送器时也会在第9个时钟周期进行确认。

读写操作

写入操作

• EEPROM字节和TS寄存器写入：主设备在总线上创建起始条件，发送从设备地址（R/W位设置为‘0’），然后发送起始数据字节地址或TS寄存器地址，最后发送数据。匹配的从设备会对地址和数据进行确认，主设备通过创建停止条件结束会话。
• EEPROM页面写入：每个2 - Kb的存储库被组织成16个16字节的页面。主设备可以在一个写入周期内写入最多16个字节，内部字节位置指针会在每个数据字节加载后自动递增。

读取操作

• 立即读取：当N34TS04接收到R/W位置为‘1’的从设备地址时，会确认地址并开始从当前地址指针位置传输SPD数据或TS寄存器数据。主设备通过发送NoACK和停止条件来停止传输。
• 选择性读取：主设备可以通过先发送一个“无数据”的写入序列，然后再进行立即读取序列，从特定地址开始读取数据。
• 顺序EEPROM读取：只要主设备响应ACK，就可以无限期地读取EEPROM数据。内部地址指针会在每个数据字节发送到总线后自动递增。

软件写保护

N34TS04的每个1 - Kb内存块都可以单独设置写保护。通过在地址引脚A0上施加非常高的电压VHV，可以设置或清除块软件写保护（SWP）标志。SWP命令遵循标准I2C约定，读取SWP标志状态时，从设备地址的LSB必须为‘1’，设置或清除标志时必须为‘0’。

温度传感器操作

温度测量原理

N34TS04的温度传感器组件结合了与绝对温度成比例（PTAT）的传感器和 - 调制器，提供12位加符号的数字温度表示。传感器以至少每100 ms一次的频率进行转换，最新的转换结果存储在温度数据寄存器（TDR）中。

温度限制比较

TDR中的值会与高限寄存器（HLR）、低限寄存器（LLR）和临界温度寄存器（CTR）中的限制值进行比较。如果测量值超出报警限制或高于临界限制，EVENT引脚可能会被置位。

寄存器配置

N34TS04包含八个16位宽的寄存器，用于温度传感器功能，包括能力寄存器、配置寄存器、温度跳闸点寄存器、温度数据寄存器、制造商ID寄存器和设备ID/修订寄存器。这些寄存器在设备上电时会有默认值，需要主机进行初始化。

事件引脚功能

EVENT输出根据配置寄存器定义的操作模式对温度变化做出反应。在中断模式下，当温度越过报警窗口限制时，EVENT输出会被置位，并可以通过向配置寄存器中的清除事件位（B5）写入‘1’来复位。在比较器模式下，EVENT输出在报警窗口限制之外被置位，在临界温度模式下，仅在温度高于临界限制时被置位。

总结

N34TS04是一款功能强大、性能出色的数字输出温度传感器与SPD EEPROM的组合产品。它的高兼容性、低功耗、高精度以及丰富的功能使其适用于各种需要温度监测和数据存储的应用场景。作为电子工程师，我们可以充分利用N34TS04的特性，设计出更加高效、可靠的电子系统。你在实际应用中是否使用过类似的产品？遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享你的经验和见解。