LM86是美國國家半導體公司推出的一款11位遠程半導體數(shù)字溫度傳感器，具有雙線系統(tǒng)管理總線(SMBus)串行接口，能夠精確測量自身溫度及外部設(shè)備的溫度。芯片內(nèi)設(shè)一個半導體元件用于感應(yīng)芯片自身溫度(本地溫度)，遠程傳感器為分立元件二極管或埋設(shè)在被測溫的IC內(nèi)的晶體管連接而成的二極管。只要放置一個專用二極管在目標裸片，就可以使用LM86準確測量任何ASIC的溫度。±0．75℃的準確性是廠家針對移動PentiumⅢ熱敏二極管的1．008典型非理想因素而設(shè)計的。

1 工作原理

1．1功能描述

LM86溫度傳感器把一個使用本地或遠程二極管的基于溫度傳感器的 VBE變量與一個10位正ADC相結(jié)合(LM86的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示)。LM86與串行SMBus版本2．0雙線接口相兼容。數(shù)字比較器比較被測本地溫度(LT)與本地上限(LHS)、本地下限(LLS)和本地T CRIT(LCS)用戶編程溫度限制寄存器。被測遠程溫度(RT)以數(shù)字量與遠程上限(RHS)、遠程下限(RLS)和遠程T_CRIT(RCS)用戶編程溫度限制寄存器比較。A-LERT#輸出激活指示比較超出T CRIT或上下限寄存器中的預(yù)置值。T CRIT A#輸出通過內(nèi)部滯回比較器來響應(yīng)，滯回功能通過設(shè)置滯回寄存器(TH)的值來實現(xiàn)。當溫度低于T CRIT設(shè)置值時，T CRIT A#有效。當遠程溫度和本地溫度同時讀時，滯回寄存器會受影響。

LM86通過設(shè)置配置寄存器的位可處于低功耗模式。在這種模式下LM86的SMBus接口中所有不需要的電路都關(guān)閉。本地溫度和溫度上下限數(shù)據(jù)寄存器為8位。11位遠程溫度數(shù)據(jù)是一個16位字。兩個偏移寄存器（RTOLB和RTOHB）用來補償非理想誤差。報導的遠程溫度讀數(shù)通過對實際溫度加減偏移寄存器中的值來調(diào)整。
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圖2 為LM86接線圖，對于兩種封裝MSOP-8或SOIC-8具有同樣的管腳排列。管腳功能詳細說明見表1。
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1．2主要特點

LM86為單電源供電，直流3．0～3．6 V，典型供電電流0．8 mA。本地溫度精度為25～125℃±3．0℃。遠程二極管溫度精度根據(jù)本地溫度的范圍值而有所不同。本地溫度為30℃時，遠程溫度為80℃±0．75℃；本地溫度為30～50℃時，遠程溫度在60～100℃士1．0℃之間；0～85℃的本地溫度所對應(yīng)的遠程溫度為25～125℃土3．O℃。

LM86的存儲溫度在一65～150℃之間。除此之外還有以下特點：

(1)精確傳感遠程IC或二極管連接的裸片溫度；

(2)偏移寄存器允許精確傳感多種類型的二極管；

(3)本地溫度傳感；

(4)10位以上信號遠程二極管溫度數(shù)據(jù)格式，0．125℃分辨率；

(5)與系統(tǒng)停機有用的T CRIT A#輸出；

(6)ALERT#輸出支持SMBus 2．0協(xié)議；

(7)SMBus 2．0兼容接口，支持TIMEOUT：

(8)8管腳MSOP和SOIC封裝。

2??報警輸出(ALERRT#)

LM86的ALERT#管腳是一個低電平有效漏極開路報警輸出，由超出溫度限制寄存器所定義的極限溫度轉(zhuǎn)換所觸發(fā)，報警輸出的復位取決于所用的選擇方式。LM86的ALERT#輸出適用于3種不同的使用方式來最好地服務(wù)于系統(tǒng)設(shè)計者：作為溫度比較器，作為基于中斷標志的溫度和作為SMBus報警系統(tǒng)的一部分。每個溫度讀數(shù)，本地溫度和遠程溫度(LT和RT)與一個T CRIT溫度限制寄存器(LCS，RCS)相關(guān)，一個上限溫度限制寄存器(LHS和RHS)和一個下限溫度限制寄存器(LLS和RLS)。在每個溫度讀數(shù)結(jié)束后，數(shù)字比較器確定讀數(shù)是否高于他的上限溫度限制寄存器T CRIT設(shè)置值或低于他的下限設(shè)置值。如果這樣，狀態(tài)寄存器中的相應(yīng)的位被置位，任何超出極限的溫度轉(zhuǎn)換都會觸發(fā)報警。通常，配置寄存器中的報警屏敝位必須被清除以便來觸發(fā)所有模式的報警。

2．1 作為溫度比較的報警輸出

當LM86接在一個不執(zhí)行中斷的系統(tǒng)中時，報警輸出能用作溫度比較器。在這種使用方式下，一旦觸發(fā)報警變低的條件不再存在，報警就解除。例如，如果報警輸出通過LT>LHS的比較被激活，當這個條件不再是真時，報警將保持高。只要所有的寄存器都在初始化時配置好，這種模式允許不要軟件干預(yù)而實現(xiàn)操作。為了使報警能用作溫度比較器，過濾器(FILTER)和報警配置寄存器(xBF)中的DO位必須設(shè)置為高。
2．2 作為中斷的報警輸出

當LM86用來觸發(fā)一個中斷服務(wù)程序時，ALERT#可以作為一個簡單的中斷信號來完成。在這種系統(tǒng)中，ALERT#用于觸發(fā)一個中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序沒有完成之前或正在執(zhí)行中時，不希望中斷標志被重復觸發(fā)。在狀態(tài)寄存器讀期間，如果狀態(tài)寄存器中除D7和D2以外的任何位被置位，LM86將把報警屏敝位置位，阻止進一步的報警觸發(fā)，直到在中斷服務(wù)程序結(jié)束時主機發(fā)出復位指令使屏敝解除。

下面的步驟描述了一個使用ALERT#管腳作為中斷標志的系統(tǒng)響應(yīng)：

(1)主機感應(yīng)到ALERT#為低；

(2)主機讀LM86狀態(tài)寄存器以確定引起報警的原因；

(3)LM86清除狀態(tài)寄存器，復位報警信號為高，設(shè)置報警屏敝位(配置寄存器的D7位)；

(4)主機關(guān)注引起報警的條件。風扇被啟動，溫度設(shè)置極限調(diào)整等；

(5)主機復位報警屏敝。

2．3 報警輸出作為一個SMBus報警

當ALERT#被連接到一個或多個其他SMBus兼容器件的報警輸出并且連到主機上時，一條SMBus報警線被建立。在這種實現(xiàn)中，LM86的報警將被操作使用ARA(Alert Response Address)協(xié)議。用SMBus指標2．O定義的SMBus 2．O ARA協(xié)議，是一個用來輔助主機分解哪部分產(chǎn)生一個中斷并盡可能不地阻斷系統(tǒng)去服務(wù)于那個中斷的程序。

ARA，000 1100，是一個通用的訪問地址。沒有器件曾經(jīng)賦于這個地址。為了使LM86來響應(yīng)ARA命令，濾波器和報警配置寄存器(xBF)中的位DO(報警配置位)必須設(shè)置為低。通過設(shè)置配置寄存器的報警屏敝位D7可以解除報警輸出。

3 通訊方式

3．1 SMBus接口

LM86作為SMBus上的從站，所以SMBCLK線是輸入，SMBData線是雙向的。按照SMBus總線規(guī)格，LM86有一個7位從站地址。從A6到A0的所有位已被內(nèi)部編程，不能夠通過軟件或硬件來改變。這個完整的從站地址是：
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3．2 溫度數(shù)據(jù)格式

溫度數(shù)據(jù)只能從本地或遠程溫度寄存器中被讀，溫度設(shè)置寄存器(T CRIT，L()w，HIGH)可被讀或?qū)憽?br />
遠程溫度數(shù)據(jù)用11位表示，數(shù)據(jù)格式是一個16位字(無論正負，D5為最低有效位，D0～D4總為0)存放于兩個8位遠程溫度高、低字節(jié)寄存器(RTHB和RTLB)中。當只有最低有效位D5為1時，對應(yīng)最小溫度為0．125℃（分辨率）。負溫度以下二次補碼形式存放有效。如表2所示。

本地溫度數(shù)據(jù)存放在一個8位本地溫度寄存器(LT)中，D0為最低有效位，當只有D0為1時，對應(yīng)的最小溫度為1℃。負溫度以二次補碼形式存放，如+1℃表示為0000 0001(01h)，一1℃表示為111l 1111(FFh)。

3．3 與LM86的通訊

LM86中的數(shù)據(jù)寄存器通過命令寄存器被選擇。在上電初，命令寄存器被設(shè)為"00"，讀本地溫度寄存器的地址，命令寄存器鎖定他要找的最后一個地址。LM86中的每個數(shù)據(jù)寄存器具有用戶可讀寫的4種狀態(tài)：只讀；只寫；讀寫同樣地址；讀寫不同地址。

對LM86的寫總含有地址字節(jié)和命令字節(jié)。對任何寄存器的寫需要一個數(shù)據(jù)字節(jié)。

讀LM86可以有兩種方法：

(1)如果命令寄存器中的鎖存地址是對的(大多時候，期望命令寄存器指向讀溫度寄存器中的一個，這是從LM86中讀數(shù)據(jù)的最快方式)，那么讀可以簡單的含有一個地址字節(jié)，跟著是找回數(shù)據(jù)字節(jié)。

(2)如果命令寄存器需要被置位，那么一個地址字節(jié)、命令字節(jié)、重復啟動和另外一個地址字節(jié)將完成一個讀命令。

數(shù)據(jù)字節(jié)首先具有最高有效位。在讀的最后，LM86能從主機接收到承認或不承認(不承認典型作為主機已經(jīng)讀到從機最后一個字節(jié)的一個信號)。LM86測量外部和內(nèi)部二極管溫度需31．25 ms。

4 內(nèi)部寄存器

4．1命令寄存器

命令寄存器為8位(P0～P7)數(shù)據(jù)格式，用以選擇哪個寄存器被讀或被寫。這個寄存器的數(shù)據(jù)將在SMBus寫通訊的命令字節(jié)期間被傳送。命令寄存器對其他主要寄存器數(shù)據(jù)的讀寫控制方式見表3。
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4．2 狀態(tài)寄存器

當LM86感測到本地或遠程溫度超限、遠程二極管開路或ADC正在轉(zhuǎn)換時，會自動把相應(yīng)位置1，用戶通過讀狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來監(jiān)控或輸出報警。
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當狀態(tài)寄存器的各位置1時，對應(yīng)的報警分別為：

D0：本地溫度報警；

D1：遠程二極管臨界溫度報警；

D2：遠程二極管斷開；

D3：遠程二極管低溫報警；

D4：遠程二極管高溫報警；

D5：本地低溫報警；

D6：本地高溫報警；

D7：ADC正在轉(zhuǎn)換。


4．3配置寄存器

配置寄存器(C)的各位定義如表4所示，D1、D3、D5沒定義，其余各位為1時使能。命令寄存器對配置寄存器的讀寫地址見表3。
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5 噪聲及錯誤碼抑制

為了抑制由于噪聲而引起的不正確的溫度讀數(shù)，LM86有一個用戶配置的數(shù)字過濾器。這個過濾器在地址為BFh的過濾器寄存器(RDTF)和報警配置寄存器(C)中被訪問。過濾級別可以按表5來設(shè)置，RDRF中的D3～D7沒定義總為0，D0為l時過濾使能。通過噪聲過濾之后的溫度變化曲線平緩而無毛刺。
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為了抑制錯誤的報警或T CRIT觸發(fā)，LM86具有一個錯誤隊列。錯誤隊列作用確保遠程溫度測量不被觸發(fā)而超出上、下限或T CRIT設(shè)置值，直到3個連續(xù)的極限輸出已經(jīng)做出。在上電時，錯誤隊列缺省為關(guān)，可通過設(shè)置配置寄存器(09h)中的D0位為1來激活。

6 在CPU測溫中的應(yīng)用

一般的溫度傳感器(無論是熱敏電阻或IC型溫度傳感器)都需要很長的時間才能夠?qū)醾鲗У絺鞲衅鞯暮诵牟糠帧８鶕?jù)實驗結(jié)果，從CPU把熱傳導到空氣中，再從空氣中傳導到溫度傳感器中，這個過程至少需要20 min以上的時間。如果，散熱片沒裝好或風扇沒有轉(zhuǎn)了，那么不到二分鐘，使用者的CPU就會被燒壞。

LM86等具有特色的遠程二極管溫度傳感器芯片在保護計算機處理器方面獨具功效，配合LM87等系統(tǒng)監(jiān)視芯片，保護系統(tǒng)正常工作。Intel公司在Pentium處理器中集成了一個遠程二極管溫度傳感器，能更直接感測到CPU核心的溫度變化，通過一根引線接出，由外部傳感器芯片處理，在溫度過熱時，便自動降低CPU主頻，加大風扇功率。見圖3，其中2．2 nF電容應(yīng)盡可能地與LM86的D+和D一管腳靠近。

移動電話，特別是CDMA手機很需要半導體溫度傳感器，以便對頻率漂移、功率放大、電池保持及有彩色屏幕等方面提供保護與修正。中國作為世界上最大的家電生產(chǎn)國，冰箱、空調(diào)、電飯鍋、微波爐全離不開溫度傳感器，為提升產(chǎn)品檔次，加強技術(shù)含量，更需要半導體溫度傳感器，尤其是像LM86這樣能夠精確測溫的遠程半導體數(shù)字溫度傳感器。
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7 應(yīng)用提示

LM86可被焊接到一個印刷電路版上，并且由于最好的導熱通路位于兩個連件和管腳之間，他的溫度將為印刷電路版區(qū)域和焊盤的溫度，這要假定環(huán)境空氣溫度幾乎和印刷電路版的表面溫度一樣。如果空氣溫度稍高于或稍低于印刷電路版表面溫度，LM86的實際溫度將處于一個空氣溫度和印刷電路版表面溫度的平均值上。另外，主要的導熱回路通過焊點，所以電路板溫度比空氣溫度對LM86自身溫度的影響大得多。

在測LM86的外部溫度時，用一個遠程二極管。這個二極管能夠安裝在目標IC上，允許集成芯片溫度的測量，而獨立于LM86的溫度。一個分立的二極管也可用來感應(yīng)外部物體或環(huán)境溫度，但分立二極管的溫度將受到影響，常受到他的管腳溫度的支配。大多數(shù)硅二極管在這種應(yīng)用中效果并不好。推薦使用2N3904晶體管基射結(jié)(把集電極和基極連接在一起)，在測奔騰Ⅲ處理器時這種連接得到的近似二極管測溫效果較好。

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