系统中基于MAX6636的多点温度监测

2008-11-29 22:38:19来源: 单片机与嵌入式系统应用

  引 言

  MAX6636是一个多通道的精密温度监测器,它不仅能监测本地温度,并且外部最多能接6个二极管。每一通道都具有可编程过低温度报警,1、4、5和6通道还具有可编程过高温度报警。当某一通道测得的温度达到其预先设定的极限值时,状态寄存器的相应位就会被置位。MAX6636最显著的优点是采用了微型20引脚TSSOP封装,能够监测CPU和其他4个位置的温度,主要应用于台式电脑、笔记本电脑、工作站以及服务器。

  1 MAX6636封装及性能特点

  1.1 引脚功能

  MAX6636的引脚图如图1所示。MAX6636各引脚功能如下:

  •   DXPl~DXP6:远程温度传感器的正端。当没有用到远程二极管时,该脚置空或连接到V∝引脚上。在DXP与DXN之间应连接一个2 200 pF的电容滤除噪声。
  •   DXNl~DXN6:远程温度传感器的负端。该引脚内部是连接到地的。
  •   STBY:待机模式输入引脚,低电平有效。此时温度值及门限值仍会保留。
  •   NC:空脚。在应用电路中,该引脚必须连接至地。
  •   OVERT:漏极开路输出。实际应用中,当1、4、5、6通道中的某温度值超越其预先设定的可编程过温门限时,可用来减速或关断风扇,以及控制CPU时钟。
  •   VCC:电源输入端。用O.1μF的电容旁路至地。
  •   ALERT:漏极开路输出。用作中断或SMBus(系统管理总线)报警。
  •   SMBDATA:SMBus串行数据输入/输出。需要接一个上拉电阻
  •   SMBCLK:SMBus串行时钟输入。需要接一个上拉电阻。
  •   GND:电源地端。

MAX6636的引脚图

  1.2 性能特点

  MAX6636的主要功能特点如下:

  •   6通道热二极管输入;
  •   本地温度传感器;
  •   +60℃~+100℃范围内远程测量精度为1℃;
  •   温度监测开始于POR,以实现失效安全系统保护;
  •   OVERT和ALERT输出用于中断、减速或关断;
  •   STBY输入用于硬件停机模式;
  •   小型20引脚TSSOP封装;
  •   2线制SMBus接口。

  2 工作原理

  MAX6636能够监测其自身温度,以及外部多达6个二极管连接的晶体管的温度。所有温度通道都具有可编程报警门限,通道1、4、5和6还具有可编程过温门限。当某通道测量到的温度超过其各自的门限后,状态寄存器中的状态位置位。2个漏极开路输出OVERT和ALERT将根据状态寄存器中的这些位变为低电平。

  其2线制串行接口支持标准的SMBus协议:写字节、读字节、发送字节和接收字节,以完成读温度数据和报警门限编程。

  MAX6636正常工作时,片内A/D转换器正常工作。模拟输入多路选择器选择片内温度传感器测量本地温度,或者选择远程传感器测量远程温度。这些信号被ADC数字化,其结果存入本地或远程温度数值寄存器内。

  2.1 温度数据格式

  MAX6636片内ADC的最低位对应O.125℃,所以ADC可测量范围是0℃~127.875℃,其温度数据格式和扩展温度分辨率如表1和表2所列。

温度数据格式和扩展温度分辨率 

  2.2 MAX6636的寄存器

  MAX6636寄存器用于存储远程和当地温度结果,极限高、低温度,以及设置和控制器件。

  (1)当地温度寄存器

  当地温度寄存器地址为07H,POR状态为00,通过SMBus总线读当地温度值。

  (2)远程温度寄存器

  MAX6636有6个远程温度寄存器,地址为01H~06H,通过SMBus总线读取相应通道的远程温度值。

  (3)结构寄存器

  MAX6636有3个结构寄存器。

  结构寄存器l使用了其中的5位:位7是待机模式控制位,置1则MAX6636停止转换,进入待机模式;位6是复位位,置1则器件复位;位5是暂停使能位,置O则SMBus总线进入暂停状态;位4是通道1.陕速转换位,高电平有效;位3是电阻取消位,置1则取消通道1中与热二极管串联的电阻,阻值范围是O~100Ω。

  结构寄存器2使用了其中的7位:位6是本地报警屏蔽位,置1则屏蔽掉本地通道报警信号;位5~位0是远程通道屏蔽报警中断输出位,高电平有效。

  结构寄存器3使用了其中的4位:位5、4、3、O分别是通道6、5、4、1过温报警屏蔽中断位,高电平有效。

  (4)状态寄存器

  MAX6636同样有3个状态寄存器。

  状态寄存器1描述的是当地温度或远程测量温度高温报警位,如果当地温度或远程测量的温度高于ALERT寄存器中设定的高温门限值,那么相应的位被置1。

  状态寄存器2描述的是远程测量通道1、4、5、6中温度的过温报警位。如果这4个通道的远程测量温度高于0VERT寄存器中设定的过温门限值,那么相应的位置1。

  状态寄存器3描述的是远程感测二极管故障位,如果远程测量通道感测到二极管开路或短路,那么相应的位被置1。

  (5)极限寄存器

  MAX6636有11个极限寄存器,包括1个当地高温报警极限寄存器、6个远程高温报警极限寄存器和4个远程过温极限寄存器。这些寄存器可以通过SMBus读/写。

  2.3 串行总线接口

  MAX6636作为从器件连接到串行总线上,受主器件的控制。需要注意的是:远程测量通道1提供11个数据位,最低有效位是+O.125℃;而其他的通道提供8个数据位,最低有效位是+1℃。8个最主要的数据位从当地或远程温度寄存器中读取,远程测量通道中的其他3个数据位可以从扩展温度寄存器读取。

  2.4 器件的编址

  一般来说,每个SMBus器件有一个7位地址(除一些扩展地址为10位外)。当主器件通过总线发出一个器件的地址时,具有该地址的器件将响应。MAX6636的地址是4D(1001101)。

  2.5 ALERT报警响应地址

  SMBus中断报警响应指针为那些简单的从器件提供快速、默认的确认方式。对那些缺少复杂逻辑器的器件来说,需要通过一个集线器来连接。在收到一个中断信号后,主机会发出一个中断源的地址,具有该地址的器件将响应。

  ALERT信号能同时响应多个不同器件,这点类似于I2C总线响应。如果多于一个器件的ALERT等待被响应,根据SMBus协定,则有最低位地址的器件有优先权。一旦MAX6636响应了警告响应地址,只要引起ALERT输出的错误状态不存在,它将重新设置ALERT输出。如果SMBus上的ALERT保持低电平,主器件将再次发送中断请求,直到所有ALERT信号变低的器件被响应。

  2.6 OVERT过温报警

  MAX6636有4个远程过温极限寄存器用来存储远程报警输出极限值。当测得某通道的温度值超过其寄存器存储的极限值时,OVERT就会呈现报警状态,并且这种状态将会一直保持,直到其测量值下降到其设定值的4℃以下。这种过温报警输出可以用于降温系统的激励源,初始化时钟源,或作为系统自动关机的触发开关来避免机器因为过热而带来的损失。

  2.7 传感器故障探测

  在DXP输入端,MAX6636有一个可探测外部传感器二极管是否开路的故障探测器。这是一个简单的电压比较器,在DXP电压超过(VCC一1V)时触发。如果触发转换开始时探测到故障,则要检查比较器输出和设置状态寄存器3的第1位~第6位。例如,由于二极管短路,ADC输出128(1111 1111)。因为器件正常工作范围扩展到+127℃,绝不会出现这样的输出值,所以它是一种错误状态。

  MAX6636约4 ms探测一次二极管看是否出现故障,一旦探测到有故障,将按照转换顺序进行下一通道的探测。短路二极管可能引起报警中断的产生,因此未用的通道引脚不应连接。

  3 应 用

  3.1 应用电路

  MAX6636的典型应用电路如图2所示,通过一个屏蔽的双绞线电缆与一个分离的晶体管相连。

MAX6636的典型应用电路 

  SMBCLK、SMBDATA、ALERT和OVERT需分别通过4.7 kΩ的电阻止拉到VCC,SMBCLK和SMBDATA可以直接与I/0控制器(如Intel 820)的SMBus相连。ALERT接控制器的中断输入端。OVERT一般与风扇控制电路相连,当有相应的中断响应后,该端口做出相应的减速或关断动作。

  3.2 影响精度的因素

  3.2.1 远程感测二极管

  MAX6636与嵌入在CPU内的基片晶体管或分立晶体管一起工作。其中,基片晶体管一般是PNP型,其集电极连接到基片上。分立晶体管可以是PNP或NPN连接成二极管型(基极和集电极短接)。如果使用NPN管,集电极和基极连接到DXP,发射极连接到DXN;如果用PNP管,集电极和基极连接到DXN,发射极连接到DXP。许多CPU内有基片晶体管,为了减小它们变化带来的误差,需要考虑下列因素:

  ①晶体管的理想因子n。远程测温精度主要取决于远程感测二极管的理想因子n,MAX6636设计的理想因子nN值为1.015。对于实际温度为TA、理想因子为n的感测二极管,测量温度为:

公式

  如果将MAX6636应用在理想因子为1.002的CPU上,假设感测二极管没有接串联电阻,那么实际温度为

公式 

  对于实际温度+85℃,测量温度约为+83.91℃,误差约为一1.09℃。

  ②当传感器是分立式晶体管时,集电极和基极必须连接在一块。这种晶体管必须是小信号并且具有相对来说较高的前向电压,否则A/D输入电压范围就会受到影响。在理想温度时,前向电压的最大值应大于0.25 V/10μA,最小值应小于O.95 V/100μA,所以,应用中不能使用大功率晶体管。另外,应确保基极的电阻小于100Ω。

  3.2.2 热惯性和自热

  精度不仅取决于远程感应二极管和内部温度传感器的温度,也与其他因素有关。当MAX6636测量本地温度时,导线为PCB上的器件与模板提供了良好的热接触。当使用片上传感器测量某个CPU或其他IC的温度时,热惯性实际上对他的影响并不大,在一个转换周期内,测量温度值很接近实际值。当用分离远程晶体管测量温度时,SOT一23或SC一70这种小封装器件会获得最佳的热响应时间。在热源和传感器间须谨慎考虑热量坡度问题,确保周围穿过传感器封装的空气电流不会影响测量的准确度。在相当大的程度上,自热不会影响测量的准确度,远程传感器的自热取决于二极管电流,可以忽略不计。

  3.3 PCB布线考虑

  数字电路板常会处于电气噪声的环境中,而MAX6636从远程温度传感器测量的电压很小,所以必须采取措施使传感器输入端感应的噪声减至最小。为了减小远程温度测量误差,建议遵循以下布局布线原则:

  ①将MAX6636尽可能放在离远程感测二极管最近处。假若没有噪声源(如时钟产生器、数据/地址总线和CRT),该距离最好是10.2~20.4cm。

  ②布线时,不要将DXP和DXN信号线靠近CRT相关的焊盘,也不要将布线路径选择在高速数字信号区。

  ③DXP和DXN平行放置且相互靠近。由于PCB的漏电流的存在,如果DXP通过20 MΩ的路径接至地,那么将会产生+1℃的温升误差。因此,布线时最好在DXP和DXN的两侧设置地线,如有可能在印制线下设一地面层。

  ④尽量减少可能引起热电偶效应的铜和焊点的数量。在铜和焊点处,确保DXP和DXN同路径、同温度,热电偶效应可以忽略不计。

  ⑤用宽的引线以减小感应,降低噪声,线宽和线距最好都是10 nail(mil为非法定计量单位,1000 mil="25".4 mm)。

  结 语

  多通道温度监测器MAX6636最显著的特点是采用微型20引脚TSSOP封装,能广泛应用于对芯片体积有严格要求的场合。MAX6636将会出现在笔记本电脑中,并且监测下一代CPU,具有很好的应用前景。

关键字:温度  检测  编程

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2008/1129/article_429.html
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