數(shù)字溫度傳感器AD7416及其應(yīng)用

AD7416 是美國(guó)模擬器件公司（ADI）出品的單片機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng)集成電路。其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將感應(yīng)溫度轉(zhuǎn)換為0.25℃量化間隔的數(shù)字信號(hào)，以便用來(lái)與用戶設(shè)置的溫度點(diǎn)進(jìn)行比較。AD7416片內(nèi)寄存器可以進(jìn)行高/低溫度門限的設(shè)置當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)置門限時(shí)，過(guò)溫漏級(jí)開路指示器（OTI）將輸出有效信號(hào)。另外，可以通過(guò)I2C接口對(duì)AD7416的內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀/寫操作，最多可允許8片AD7416掛接在同一個(gè)串行總線上。該溫度傳感器可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)、工業(yè)過(guò)程控制、電池充電以及個(gè)為計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)。

1 基本特性與引腳功能

AD AD7416具有如下基本特性：

●工作電壓范圍為+2.7V～+5.5V；

●測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃；

●具有10位數(shù)字輸出溫度值，分辨率為0.25℃；

●精度為±2℃(-25℃～+100℃)和±3℃（-55℃～+125℃）；

●轉(zhuǎn)換時(shí)間為15～30μs，更新速率為400μs；

●帶有過(guò)溫漏級(jí)開路指示器（OTI）；

●具有I2C兼容的串行接口和可選的串行總線地址；

●具有低功耗關(guān)閉模式（典型值為0.2μA）；

●可用來(lái)升級(jí)替換LM75。

AD7416采用8腳表面貼SO和8腳小型SOIC封裝形式，圖1所示為AD7416的引腳排列圖，各引腳功能如表1所列。

表1 AD7416引腳功能

2 工作原理

AD7416的內(nèi)部功能框圖如圖2所示。它的片內(nèi)帶隙溫度傳感器可按預(yù)先設(shè)置的工作方式對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并將結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字量存入到溫度值寄存器中（地址00H），其環(huán)境溫度與輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系如表2所列。

表2 環(huán)境溫度與輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系

AD7416預(yù)先設(shè)置的工作方式分兩種：

●自動(dòng)測(cè)溫方式。在這種方式下，AD7416每隔400μs對(duì)環(huán)境溫度測(cè)量一次，每次的量化轉(zhuǎn)換時(shí)間為15～30μs，其余時(shí)間芯片則自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)；

●低功耗方式。這種方式通常應(yīng)用在測(cè)溫頻率較低的場(chǎng)合。當(dāng)用戶需要對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可通過(guò)I2C串行接口總線來(lái)寫入操作命令，此時(shí)，芯片將由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入測(cè)溫狀態(tài)。當(dāng)溫度量化轉(zhuǎn)換結(jié)束后，芯片將重新轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。

AD7416內(nèi)部的配置寄存器（地址01H）為8位讀/寫寄存器，可用于設(shè)置操作方式，其格式為：

配置寄存器各部分的功能如下：

●D7～D5始終設(shè)置為000；

●D4和 D3用于設(shè)置故障排隊(duì)長(zhǎng)度，以防止測(cè)溫系統(tǒng)在受到干擾時(shí)錯(cuò)誤地觸發(fā)過(guò)溫指示器（OTI），故障排隊(duì)長(zhǎng)度可分別設(shè)置為1、2、4和6次；

●D2用于設(shè)置OTI的輸出極性。0表示低電平輸出，1表示高電平輸出；

●D1 用于設(shè)置OTI的工作方式。0表示采用比較方式工作，即當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)TOTI時(shí)觸發(fā)OUT輸出，其輸出電平一直保持到環(huán)境溫度降至THYST；1表示采用中斷方式工作，即當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)TOTI的觸發(fā)OTI輸出，其輸出電平將一直保持到下一次讀操作，而在這期間，即使環(huán)境溫度降到THYST，輸出電平也不翻轉(zhuǎn)；

●D0用于設(shè)置工作方式。0表示采用自動(dòng)測(cè)溫方式，1表示采用低功耗方式。

THYST溫度點(diǎn)寄存器（地址02H）和TOTI溫度點(diǎn)寄存器（地址03H）均是16位讀/寫寄存器，分別用于設(shè)置低端和高端溫度點(diǎn)的門限值，所設(shè)數(shù)值以二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存入高9位，其余位置0。

根據(jù)A2A1A0的不同編碼，最多可允許8片AD7416掛接同一個(gè)串行總線上。讀/寫控制位為1時(shí)，表示對(duì)AD7416進(jìn)行讀操作，為0時(shí)，則表示進(jìn)行寫操作。當(dāng)每個(gè)字節(jié)傳送結(jié)束時(shí)，必須在收到接收數(shù)據(jù)一方的確認(rèn)信號(hào)（ACK）后方可開始下一步的操作。然后在地址信息和讀/寫控制位之后傳送片內(nèi)寄存器地址和數(shù)據(jù)。最后，在SCL保持高電平的情況下，當(dāng)SDA從低電平跳變到高電平時(shí)將終止數(shù)據(jù)的傳輸操作。

3 應(yīng)用實(shí)例

AD7416在每次上電時(shí)的默認(rèn)參數(shù)如下：

●TOUI設(shè)置為80℃、THYST設(shè)置為75℃；

●OTI采用比較方式工作；

●OTI輸出低電平有效；

●故障排隊(duì)長(zhǎng)度設(shè)置為1。

這些默認(rèn)值可使該溫度傳感器在不連接串行總線時(shí)用作自動(dòng)調(diào)溫器，圖4所示就是AD7416作為自動(dòng)調(diào)溫器的典型應(yīng)用電路原理圖。當(dāng)被測(cè)量的環(huán)境溫度低于 THYST時(shí)，OTI輸出高電平，Q1導(dǎo)通，繼電器吸合，加熱器開始工作；當(dāng)被測(cè)量的環(huán)境溫度高于TOTI時(shí)，OTI輸出低電平，將Q1的基極電位拉低以使其截止，繼電器釋放，加熱器停止工作。

實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

●為防止環(huán)境干擾，AD7416的電源同地線之間要并接容值大于0.1μF的鉭電容；

●AD7416的感溫器件在芯片內(nèi)部，因此芯片表面要被測(cè)物體緊密接觸；

●由于芯片自耗電的存在，AD7416工作時(shí)的自身溫升約為0.2，所以在精確測(cè)溫時(shí)應(yīng)采取低功耗的工作方式；

●OTI輸出端的上拉電阻的阻值越大，流入AD7416的電流越小，其溫升也越小，但上拉電阻最大不能超過(guò)30kΩ，通常選10kΩ；

●與I2C兼容的接口總線在AD7416上電后就一直有效，因此在芯片處于休眠狀態(tài)下仍可進(jìn)行片內(nèi)數(shù)據(jù)的讀出和寫入。