MAX6636的工作原理、性能特點及如何實現(xiàn)多點溫度監(jiān)測的設(shè)計

引 言

MAX6636是一個多通道的精密溫度監(jiān)測器，它不僅能監(jiān)測本地溫度，并且外部最多能接6個二極管。每一通道都具有可編程過低溫度報警，1、4、5和6通道還具有可編程過高溫度報警。當(dāng)某一通道測得的溫度達到其預(yù)先設(shè)定的極限值時，狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位就會被置位。MAX6636最顯著的優(yōu)點是采用了微型20引腳TSSOP封裝，能夠監(jiān)測CPU和其他4個位置的溫度，主要應(yīng)用于臺式電腦、筆記本電腦、工作站以及服務(wù)器。

1 MAX6636封裝及性能特點

1.1 引腳功能

MAX6636的引腳圖如圖1所示。MAX6636各引腳功能如下：

DXPl～DXP6：遠程溫度傳感器的正端。當(dāng)沒有用到遠程二極管時，該腳置空或連接到V∝引腳上。在DXP與DXN之間應(yīng)連接一個2 200 pF的電容濾除噪聲。

DXNl～DXN6：遠程溫度傳感器的負端。該引腳內(nèi)部是連接到地的。

STBY：待機模式輸入引腳，低電平有效。此時溫度值及門限值仍會保留。

NC：空腳。在應(yīng)用電路中，該引腳必須連接至地。

OVERT：漏極開路輸出。實際應(yīng)用中，當(dāng)1、4、5、6通道中的某溫度值超越其預(yù)先設(shè)定的可編程過溫門限時，可用來減速或關(guān)斷風(fēng)扇，以及控制CPU時鐘。

VCC：電源輸入端。用O.1μF的電容旁路至地。

ALERT：漏極開路輸出。用作中斷或SMBus(系統(tǒng)管理總線)報警。

SMBDATA：SMBus串行數(shù)據(jù)輸入/輸出。需要接一個上拉電阻。

SMBCLK：SMBus串行時鐘輸入。需要接一個上拉電阻。

GND：電源地端。

1.2 性能特點

MAX6636的主要功能特點如下：

◆6通道熱二極管輸入;

◆本地溫度傳感器;

◆+60℃～+100℃范圍內(nèi)遠程測量精度為1℃;

◆溫度監(jiān)測開始于POR，以實現(xiàn)失效安全系統(tǒng)保護;

◆OVERT和ALERT輸出用于中斷、減速或關(guān)斷;

◆STBY輸入用于硬件停機模式;

◆小型20引腳TSSOP封裝;

◆2線制SMBus接口。

2 工作原理

MAX6636能夠監(jiān)測其自身溫度，以及外部多達6個二極管連接的晶體管的溫度。所有溫度通道都具有可編程報警門限，通道1、4、5和6還具有可編程過溫門限。當(dāng)某通道測量到的溫度超過其各自的門限后，狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)位置位。2個漏極開路輸出OVERT和ALERT將根據(jù)狀態(tài)寄存器中的這些位變?yōu)榈碗娖健?/p>

其2線制串行接口支持標(biāo)準(zhǔn)的SMBus協(xié)議：寫字節(jié)、讀字節(jié)、發(fā)送字節(jié)和接收字節(jié)，以完成讀溫度數(shù)據(jù)和報警門限編程。

MAX6636正常工作時，片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器正常工作。模擬輸入多路選擇器選擇片內(nèi)溫度傳感器測量本地溫度，或者選擇遠程傳感器測量遠程溫度。這些信號被ADC數(shù)字化，其結(jié)果存入本地或遠程溫度數(shù)值寄存器內(nèi)。

2.1 溫度數(shù)據(jù)格式

MAX6636片內(nèi)ADC的最低位對應(yīng)O.125℃，所以ADC可測量范圍是0℃～127.875℃，其溫度數(shù)據(jù)格式和擴展溫度分辨率如表1和表2所列。

2.2 MAX6636的寄存器

MAX6636寄存器用于存儲遠程和當(dāng)?shù)販囟冉Y(jié)果，極限高、低溫度，以及設(shè)置和控制器件。

(1)當(dāng)?shù)販囟燃拇嫫?/p>

當(dāng)?shù)販囟燃拇嫫鞯刂窞?7H，POR狀態(tài)為00，通過SMBus總線讀當(dāng)?shù)販囟戎怠?/p>

(2)遠程溫度寄存器

MAX6636有6個遠程溫度寄存器，地址為01H～06H，通過SMBus總線讀取相應(yīng)通道的遠程溫度值。

(3)結(jié)構(gòu)寄存器

MAX6636有3個結(jié)構(gòu)寄存器。

結(jié)構(gòu)寄存器l使用了其中的5位：位7是待機模式控制位，置1則MAX6636停止轉(zhuǎn)換，進入待機模式;位6是復(fù)位位，置1則器件復(fù)位;位5是暫停使能位，置O則SMBus總線進入暫停狀態(tài);位4是通道1.陜速轉(zhuǎn)換位，高電平有效;位3是電阻取消位，置1則取消通道1中與熱二極管串聯(lián)的電阻，阻值范圍是O～100Ω。

結(jié)構(gòu)寄存器2使用了其中的7位：位6是本地報警屏蔽位，置1則屏蔽掉本地通道報警信號;位5～位0是遠程通道屏蔽報警中斷輸出位，高電平有效。

結(jié)構(gòu)寄存器3使用了其中的4位：位5、4、3、O分別是通道6、5、4、1過溫報警屏蔽中斷位，高電平有效。

(4)狀態(tài)寄存器

MAX6636同樣有3個狀態(tài)寄存器。

狀態(tài)寄存器1描述的是當(dāng)?shù)販囟然蜻h程測量溫度高溫報警位，如果當(dāng)?shù)販囟然蜻h程測量的溫度高于ALERT寄存器中設(shè)定的高溫門限值，那么相應(yīng)的位被置1。

狀態(tài)寄存器2描述的是遠程測量通道1、4、5、6中溫度的過溫報警位。如果這4個通道的遠程測量溫度高于0VERT寄存器中設(shè)定的過溫門限值，那么相應(yīng)的位置1。

狀態(tài)寄存器3描述的是遠程感測二極管故障位，如果遠程測量通道感測到二極管開路或短路，那么相應(yīng)的位被置1。

(5)極限寄存器

MAX6636有11個極限寄存器，包括1個當(dāng)?shù)馗邷貓缶瘶O限寄存器、6個遠程高溫報警極限寄存器和4個遠程過溫極限寄存器。這些寄存器可以通過SMBus讀/寫。

2.3 串行總線接口

MAX6636作為從器件連接到串行總線上，受主器件的控制。需要注意的是：遠程測量通道1提供11個數(shù)據(jù)位，最低有效位是+O.125℃;而其他的通道提供8個數(shù)據(jù)位，最低有效位是+1℃。8個最主要的數(shù)據(jù)位從當(dāng)?shù)鼗蜻h程溫度寄存器中讀取，遠程測量通道中的其他3個數(shù)據(jù)位可以從擴展溫度寄存器讀取。

2.4 器件的編址

一般來說，每個SMBus器件有一個7位地址(除一些擴展地址為10位外)。當(dāng)主器件通過總線發(fā)出一個器件的地址時，具有該地址的器件將響應(yīng)。MAX6636的地址是4D(1001101)。

2.5 ALERT報警響應(yīng)地址

SMBus中斷報警響應(yīng)指針為那些簡單的從器件提供快速、默認的確認方式。對那些缺少復(fù)雜邏輯器的器件來說，需要通過一個集線器來連接。在收到一個中斷信號后，主機會發(fā)出一個中斷源的地址，具有該地址的器件將響應(yīng)。

ALERT信號能同時響應(yīng)多個不同器件，這點類似于I2C總線響應(yīng)。如果多于一個器件的ALERT等待被響應(yīng)，根據(jù)SMBus協(xié)定，則有最低位地址的器件有優(yōu)先權(quán)。一旦MAX6636響應(yīng)了警告響應(yīng)地址，只要引起ALERT輸出的錯誤狀態(tài)不存在，它將重新設(shè)置ALERT輸出。如果SMBus上的ALERT保持低電平，主器件將再次發(fā)送中斷請求，直到所有ALERT信號變低的器件被響應(yīng)。

2.6 OVERT過溫報警

MAX6636有4個遠程過溫極限寄存器用來存儲遠程報警輸出極限值。當(dāng)測得某通道的溫度值超過其寄存器存儲的極限值時，OVERT就會呈現(xiàn)報警狀態(tài)，并且這種狀態(tài)將會一直保持，直到其測量值下降到其設(shè)定值的4℃以下。這種過溫報警輸出可以用于降溫系統(tǒng)的激勵源，初始化時鐘源，或作為系統(tǒng)自動關(guān)機的觸發(fā)開關(guān)來避免機器因為過熱而帶來的損失。

2.7 傳感器故障探測

在DXP輸入端，MAX6636有一個可探測外部傳感器二極管是否開路的故障探測器。這是一個簡單的電壓比較器，在DXP電壓超過(VCC一1V)時觸發(fā)。如果觸發(fā)轉(zhuǎn)換開始時探測到故障，則要檢查比較器輸出和設(shè)置狀態(tài)寄存器3的第1位～第6位。例如，由于二極管短路，ADC輸出128(1111 1111)。因為器件正常工作范圍擴展到+127℃，絕不會出現(xiàn)這樣的輸出值，所以它是一種錯誤狀態(tài)。

MAX6636約4 ms探測一次二極管看是否出現(xiàn)故障，一旦探測到有故障，將按照轉(zhuǎn)換順序進行下一通道的探測。短路二極管可能引起報警中斷的產(chǎn)生，因此未用的通道引腳不應(yīng)連接。

3 應(yīng) 用

3.1 應(yīng)用電路

MAX6636的典型應(yīng)用電路如圖2所示，通過一個屏蔽的雙絞線電纜與一個分離的晶體管相連。

SMBCLK、SMBDATA、ALERT和OVERT需分別通過4.7 kΩ的電阻止拉到VCC，SMBCLK和SMBDATA可以直接與I/0控制器(如Intel 820)的SMBus相連。ALERT接控制器的中斷輸入端。OVERT一般與風(fēng)扇控制電路相連，當(dāng)有相應(yīng)的中斷響應(yīng)后，該端口做出相應(yīng)的減速或關(guān)斷動作。

3.2 影響精度的因素

3.2.1 遠程感測二極管

MAX6636與嵌入在CPU內(nèi)的基片晶體管或分立晶體管一起工作。其中，基片晶體管一般是PNP型，其集電極連接到基片上。分立晶體管可以是PNP或NPN連接成二極管型(基極和集電極短接)。如果使用NPN管，集電極和基極連接到DXP，發(fā)射極連接到DXN;如果用PNP管，集電極和基極連接到DXN，發(fā)射極連接到DXP。許多CPU內(nèi)有基片晶體管，為了減小它們變化帶來的誤差，需要考慮下列因素：

①晶體管的理想因子n。遠程測溫精度主要取決于遠程感測二極管的理想因子n，MAX6636設(shè)計的理想因子nN值為1.015。對于實際溫度為TA、理想因子為n的感測二極管，測量溫度為：

如果將MAX6636應(yīng)用在理想因子為1.002的CPU上，假設(shè)感測二極管沒有接串聯(lián)電阻，那么實際溫度為

對于實際溫度+85℃，測量溫度約為+83.91℃，誤差約為一1.09℃。

②當(dāng)傳感器是分立式晶體管時，集電極和基極必須連接在一塊。這種晶體管必須是小信號并且具有相對來說較高的前向電壓，否則A/D輸入電壓范圍就會受到影響。在理想溫度時，前向電壓的最大值應(yīng)大于0.25 V/10μA，最小值應(yīng)小于O.95 V/100μA，所以，應(yīng)用中不能使用大功率晶體管。另外，應(yīng)確?；鶚O的電阻小于100Ω。

3.2.2 熱慣性和自熱

精度不僅取決于遠程感應(yīng)二極管和內(nèi)部溫度傳感器的溫度，也與其他因素有關(guān)。當(dāng)MAX6636測量本地溫度時，導(dǎo)線為PCB上的器件與模板提供了良好的熱接觸。當(dāng)使用片上傳感器測量某個CPU或其他IC的溫度時，熱慣性實際上對他的影響并不大，在一個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，測量溫度值很接近實際值。當(dāng)用分離遠程晶體管測量溫度時，SOT一23或SC一70這種小封裝器件會獲得最佳的熱響應(yīng)時間。在熱源和傳感器間須謹慎考慮熱量坡度問題，確保周圍穿過傳感器封裝的空氣電流不會影響測量的準(zhǔn)確度。在相當(dāng)大的程度上，自熱不會影響測量的準(zhǔn)確度，遠程傳感器的自熱取決于二極管電流，可以忽略不計。

3.3 PCB布線考慮

數(shù)字電路板常會處于電氣噪聲的環(huán)境中，而MAX6636從遠程溫度傳感器測量的電壓很小，所以必須采取措施使傳感器輸入端感應(yīng)的噪聲減至最小。為了減小遠程溫度測量誤差，建議遵循以下布局布線原則：

①將MAX6636盡可能放在離遠程感測二極管最近處。假若沒有噪聲源(如時鐘產(chǎn)生器、數(shù)據(jù)/地址總線和CRT)，該距離最好是10.2～20.4cm。

②布線時，不要將DXP和DXN信號線靠近CRT相關(guān)的焊盤，也不要將布線路徑選擇在高速數(shù)字信號區(qū)。

③DXP和DXN平行放置且相互靠近。由于PCB的漏電流的存在，如果DXP通過20 MΩ的路徑接至地，那么將會產(chǎn)生+1℃的溫升誤差。因此，布線時最好在DXP和DXN的兩側(cè)設(shè)置地線，如有可能在印制線下設(shè)一地面層。

④盡量減少可能引起熱電偶效應(yīng)的銅和焊點的數(shù)量。在銅和焊點處，確保DXP和DXN同路徑、同溫度，熱電偶效應(yīng)可以忽略不計。

⑤用寬的引線以減小感應(yīng)，降低噪聲，線寬和線距最好都是10 nail(mil為非法定計量單位，1000 mil=25.4 mm)。

結(jié) 語

多通道溫度監(jiān)測器MAX6636最顯著的特點是采用微型20引腳TSSOP封裝，能廣泛應(yīng)用于對芯片體積有嚴(yán)格要求的場合。MAX6636將會出現(xiàn)在筆記本電腦中，并且監(jiān)測下一代CPU，具有很好的應(yīng)用前景。

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