基于ACPI的高精度微处理器系统温度监视芯片ADM1023

1 芯片介绍

ADM1023是一种双通道数字型温度测量及报警集成电路。它以基底型三极管如2N3904（2N3906）等低价分立型三极管为传感器来对微处理器的温度进行测量。这样可有效地消除三极管基极和发射极之间的电压差值以提高测量精度。对于本地温度通道，ADM1023的测量精度与分辨率均为1℃。而对于外部温度通道，ADM1023的测量精度为1℃，而分辨率则高达0．125℃。从而可使系统设计师有效地减小温度隔护带以改善系统性能。ADM1023采用双线系统总线（SMBus）结构，并支持SMBus标准。它的上下温度限可通过串行总线编入芯片。ADM1023采用16脚QSOP封装形式，它具有200μA的最大工作电流、1μA维持电流和3V～5V工作电压等特点。它已被广泛应用于台式电脑、笔记本电脑、远程通讯设备、工业控制器和精密仪器等需要温度控制的系统中。ADM1023的内部结构如图1所示。

2 主要参数及引脚功能

2．1 主要参数

ADM1023的主要参数如下：

●本地温度误差：－1．5～＋1．5℃；
●外部温度误差：－1～＋1℃；
●引脚偏置电流：50μA；
●供电电源：3～3．6V；
●复位电压阈值：0．9～2．2V；
●转换时间：65～70ms；
●逻辑输入电流，IIH，IIL：－1～＋1μA；
●SMbus低电平时间：4．7μs；
●SMbus高电平时间：4μs；
●SMbus时钟频率：100kHz。  



  
2．2 引脚功能

ADM1023采用16脚SQP双列封装，图2为其引脚排列图，各引脚的功能如下：

NC（1，5，9，13，16）：不连接；
VDD（2）：接正电压3～5V；
D＋（3）：连接外部温度传感器正端；
D－（4）：连接外部温度传感器负端；
ADD1（6）：芯片高位地址，具有0、1和NC三态输入门；
GND（7，8）：接地端；
ADD0（10）：芯片低位地址，具有三态输入门；
:该端可用于中断和SMBus报警的逻辑输出；
SDATA（12）：SMBus串行数据口；
SCLK（14）：SMBus串行时钟口；
（15）：模式选择端口。  

3工作原理
3．1 工作原理

ADM1023内部含有一个双通道A／D转换器（ADC）。该ADC的输入信号调整装置使其可以同时适用于本地及外部两种温度传感器。在正常工作时，ADC处于一种自主运行模式，通过模拟输入多路复用器可以选择性地采集片上及外部温度。采集到的模拟信号将被ADC数字化，其结果将被保存在本地温度寄存器和外部温度寄存器中。对于本地温度值，ADM023只保留其8位最高有效位（MSB）；而对外部温度值，芯片将以11位二进制形式保存，其中8位MSB被存放在位于01h的外部温度值寄存器中，3个低位有效位（LSB）以左对齐形式存放于位于10h的外部温度值寄存器中。

为减少PCB电路板电阻和时钟噪音等误差源给外部温度通道测量值带来的误差，ADM1023芯片采用了两个偏值寄存器（分别位于11h和12h）。其偏移值以11位二进制形式存放于其中。测得的外部温度值将自动地加上或减去该值。在此过程后，其结果将与外部温度的上下极限值（以11位二进制形式存贮在芯片上的6个温度极限值寄存器中）进行比较。一旦测量值超出范围，位于状态寄存器中的标志位将会发生相应的变化，进而使输出变低。通过系统总线可对寄存器进行读写操作及实现对芯片的配置和控制。该配置和控制主要包括三个方面，一是使芯片工作于正常或等待状态；二是屏蔽或激活输出；三是选择转换率。

正常启动状态下，芯片的外部与本地温度默认值为－128℃。开始工作后，测量值在与极限值比较前会先存储。但如果芯片处在等待模式下，新温度值将不会在比较前被写入存储器，而会产生一个输出。为消除此输出，可采用如下两种方法：

（1）将本地与外部温度下限调整到－128℃，然后读状态寄存器；
（2）如果测量值在温度范围内，可先退出等待模式，然后读状态寄存器。

3．2 测量方法

按传统方法，测量温度值可通过处于恒流状态下的二极管的负温度系数或三极管基极与射电极电压来获得。然而，通过这些方法获得的温度值需要通过校正。因为随着仪器的不同，三极管的VBE也会有不同的固有值。对此，ADM1023采用了一种新技术，该技术通过测量不同集电极电流下VBE的变化量来获取温度值。

这种测量是把传感器的工作电流分别选为I和NI。然后将产生的波形结果通过一个低通滤波器降噪，再经过斩波稳零放大器进行调理与放大。最后将比例放大的VBE直流电压波形通过一个ADC来对16次测量结果做一个平均。

对于外部温度传感器，整个信号调理过程如图3所示。值得注意的是，如果传感器在高噪音环境下工作，则应选择性地加上电容C（典型值2200pF，不得大于3000pF）以起到一定的降噪作用。