摘要：MAX16031/MAX16032系统监控器能够利用外部连接成二极管的晶体管检测远端温度。连接成二极管的晶体管特性与温度有关，可以通过简单方式测量温度。这一特性会隐晶体管类型的不同而略有差异，因此，MAX16031/MAX16032在提供准确的温度之前需要首先进行校准。 MAX16031/MAX16032 EEPROM可配置系统监测器用于监测复杂系统中的电压、温度和电流。这些EEPROM可配置器件允许用户更加灵活地选择工作范围，温度、电压和电流的上限和下限，缺省输出配置以及工作模式，并且能够在器件中存储这些数据。 MAX16031可以监控8路电压、3路温度(1路内部温度/2路远端二极管的检测温度)和1路电流。MAX16032可以监控6路电压、2路温度(1路内部温度/1路远端二极管的检测温度)。监测变量中的任何一个可以复用到ADC输入，转换结果被写入各自的寄存器，通过SMBus™总线或JTAG接口可以读取这些数据。 因为校准参数与具体应用电路中使用的二极管类型有关，需要用户将校准参数装载到EEPROM中，用于外部温度传感器的校准。本应用笔记提供了外部温度传感器校准的步骤，这里主要介绍了常用的双电流温度测量法，并介绍了MAX16031/16032使用的特定的双电流测量法。本文以连接成二极管的2N3904晶体管为例介绍具体的校准步骤。 温度测量 所有半导体器件的特性都与温敏有关，我们感兴趣的是正向偏置的PN结的IV曲线随温度的变化非常明显，以下二极管方程给出了这一特性： 式中，T是测量得到的绝对温度(单位为开尔文)，n为二极管理想系数，k为玻尔兹曼常数(1.38e-23)，q为一个电子的电量(1.6e-19)，VBE为正向导通电压，IS为反向饱和电流，I为二极管的正向电流。 一种简单、准确的温度测量方式是检测两个不同的流过二极管的电流，该电流通过在二极管上施加不同的正向偏置电压(基极-发射极之间的电压)获得，由此可以抵消二极管的IS，使二极管正向电压(基极-射极之间的电压)之差与温度呈线性关系。下式给出了利用两个电流IH、IL计算温度的关系式： 式中，ΔVBE是测量两个电流时的基极-射极电压之差，IH是较高的正向电流，IL是较低的正向电流，其它参数如上所述。如果把T转换成摄氏度，公式如下： 从该式可以看出：温度与ΔVBE成线性比例关系，比例系数由物理常数、二极管理想系数、两个正向电流之比决定。 MAX16031/MAX16032温度测量 MAX16031/MAX16032按照上述方式利用外部二极管的两个电流测量值检测温度。确定比例并将ΔVBE转换成数字量后，器件减去一个固定温度偏差-273.15，即可获得摄氏温度，分辨率为0.5°。 需要对温度检测电路进行校准，以补偿不同二极管的理想系数，MAX16031/MAX16032的外部温度传感器需要两个校准数据：增益和失调。 增益存储在寄存器r19h[7:2] (传感器1)和r4Fh[5:0] (传感器2)中，用于控制IH电流(IL电流固定为6µA)。表1列出了增益寄存器中每一位的权值，例如，110000b表示IH为84µA。 表1. 增益寄存器位的权值 r19h[7:2], r4Fh[5:0] Bit IH Value Added to 80µA (µA) Logic '1' Logic '0' 0 +0.25 0.0 1 +0.25 0.0 2 +0.5 0.0 3 +1.0 0.0 4 0.0 +2.0 5 +4.0 0.0 失调存储在寄存器r1Bh[7:5] (传感器1)和r4Dh[6:4] (传感器2)，与温度转换结果相加用于补偿失调误差。表2列出了可能的失调值。 表2. 失调寄存器数值 r1Bh[7:5], r4Dh[6:4] Value Offset (°C) 100 +8 101 +6 110 +4 111 +2 000 0 001 -2 010 -4 011 -6 使用MAX16031评估板(EV kit)时，评估软件可以方便地通过图1中的Temperature Settings对话框设置校准寄存器，在Current and Temperature标签中(图2)，点击蓝色链接External Temperature 1或External Temperature 2进入每个温度监测通道的配置对话框。 图1. 温度设置对话框 图2. 电流和温度配置标签 在校准过程以及正常操作中，启用内部数字温度检测滤波器很有帮助。在评估软件中，从Miscellaneous下拉菜单中的Temp sense filter time constant标签选择中心频率。寄存器r5Bh[6:4]的对应值请参考表3。 表3. 温度检测的数字滤波器 r5Bh[6:4] Value Cutoff Frequency (Hz) 000 Filter Disabled 001 2.53 010 5.06 011 10.1 100 20.2 101 40.5 110 81 111 162 校准过程 为了校准MAX16031/MAX16032的温度检测电路，需要在两个不同温度下测量数据。温度相差越大，测量结果越准确。为了简单起见，第一个温度值可以设置在+25°C；为了获得较高精度，第二个温度最好高于室温，而不是低于室温，+85°C是比较好的选择。为了达到最高精度，应该在-40°C和+85°C测量数据。在下面的MAX16031例子中，校准数据取自+25°C和+85°C，选择Fairchild的2N3904晶体管，集电极和基极连接在一起构成二极管形式。 为了获得最佳结果，需要校准的传感器应该放置在温度可控的绝缘液体恒温槽内。我们使用的是Fluorinert™ FC-77液体，也可以选择矿物油等液体。如果没有恒温槽，可以把传感器放置在具有较大散热器的金属物体上(以保持校准过程中的温度稳定性)，然后置于商用烤箱内。 按照以下步骤获得校准数据： 确认失调寄存器清零。 将温度设置在低温值(本例采用+25°C)，确保足够的稳定时间。 将增益寄存器设置到80µA。 记录MAX16031的返回数据。 在不同的增益下重复第4步。 将温度设置在高温值(本例采用+85°C)，确保足够的稳定时间。 重复步骤3、4和5。 获得数据后，需要进行一些简单计算。对于从MAX16031获得的每个温度数据，计算误差： TERR = TMAX16031 - TMEASURED 公式4 然后计算不同温度下的误差之差： Δ = TERR_85 - TERR_25 公式5 表4给出了一组校准数据示例，Gain Reg Code和Gain Value (µA)栏中列出了增益寄存器的设置数据和等效的电流值。TMAX16031 (°C)栏给出了不同增益设置下，在低温(+25°C)和高温(+85°C)时MAX16031的温度转换结果。TERR (°C)栏为MAX16031的温度转换记录与实际测量温度的差值。Δ (°C)栏则列出了高温和低温下的误差之差。 表4. 校准数据示例 Gain Reg Code Gain Value (µA) TMAX16031 (°C) TERR (°C) Δ (°C) +25 +85 +25 +85 0x10 80 17.5 75 -7.5 -10 -2.5 0x12 80.25 17.5 75.5 -7.5 -9.5 -2 0x14 80.5 17.5 76 -7.5 -9 -1.5 0x16 80.75 18 76.5 -7 -8.5 -1.5 0x18 81 18.5 76.5 -6.5 -8.5 -2 0x1A 81.25 18.5 77 -6.5 -8 -1.5 0x1C 81.5 19 77.5 -6 -7.5 -1.5 0x1E 81.75 19.5 78 -5.5 -7 -1.5 0x0 82 20 78.5 -5 -6.5 -1.5 0x2 82.25 20 79 -5 -6 -1 0x4 82.5 20.5 79 -4.5 -6 -1.5 0x6 82.75 21 79.5 -4 -5.5 -1.5 0x8 83 21 80 -4 -5 -1 0xA 83.25 21.5 80.5 -3.5 -4.5 -1 0xC 83.5 22 81 -3 -4 -1 0xE 83.75 22.5 81.5 -2.5 -3.5 -1 0x30 84 22.5 82 -2.5 -3 -0.5 0x32 84.25 23 82 -2 -3 -1 0x34 84.5 23 82.5 -2 -2.5 -0.5 0x36 84.75 23.5 83 -1.5 -2 -0.5 0x38 85 24 83.5 -1 -1.5 -0.5 0x3A 85.25 24.5 83.5 -0.5 -1.5 -1 0x3C 85.5 24.5 84 -0.5 -1 -0.5 0x3E 85.75 25 84.5 0 -0.5 -0.5 0x20 86 25.5 85 0.5 0 -0.5 0x22 86.25 25.5 85 0.5 0 -0.5 0x24 86.5 26 85.5 1 0.5 -0.5 0x26 86.75 26.5 86 1.5 1 -0.5 0x28 87 26.5 86.5 1.5 1.5 0 0x2A 87.25 27 87 2 2 0 0x2C 87.5 27.5 87 2.5 2 -0.5 0x2E 87.75 28 87.5 3 2.5 -0.5 下一步是查找增益和失调校准参数，检查Δ (°C)栏并找到最接近零的数值。本例中，87和87.25两行增益设置都包含零值，说明可以忽略增益误差。然后检查TERR (°C)栏的数值，查找误差值可以由失调寄存器数值消除的对应行。这里选择了失调误差为2的那一行，因为失调寄存器的数值‘001’可以消除这一误差。 现在，可以将得到的失调寄存器和增益寄存器值装载到MAX16031监测器应用电路的EEPROM配置寄存器中，每次测量可以使用相同数值，达到合理的精确度。 为了提高精度，可以在每次测量时对每个单元的增益参数进行在线编程。靠近器件放置一个高精度热电偶并对温度进行测量，调整增益寄存器直到MAX16031的测量温度和热电偶的测量温度相同。 Fluorinert是3M Company的商标。 SMBus是Intel Corp.的商标。 相关型号   APP 4284: Mar 05, 2009 MAX16031 基于EEPROM的系统监控器，提供非易失故障存储 完整的数据资料 (PDF, 948kB) 免费样品 MAX16032 基于EEPROM的系统监控器，提供非易失故障存储 完整的数据资料 (PDF, 948kB) 免费样品 自动更新 需要自动接收最新发布的应用笔记吗？请订阅EE-Mail™ (English only)。 我们期待您的反馈！ 喜欢？不喜欢？有待改善？或为我们提供建议？请与我们联系 — 我们将根据您的意见或建议改善我们的工作。 网页评价或提供建议   下载，PDF格式 (56kB)  AN4284, AN 4284, APP4284, Appnote4284, Appnote 4284