LM86是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的一款11位遠(yuǎn)程半導(dǎo)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(cè)量自身溫度及外部設(shè)備的溫度。芯片內(nèi)設(shè)一個(gè)半導(dǎo)體元件用于感應(yīng)芯片自身溫度(本地溫度)，遠(yuǎn)程傳感器為分立元件二極管或埋設(shè)在被測(cè)溫的IC內(nèi)的晶體管連接而成的二極管。只要放置一個(gè)專用二極管在目標(biāo)裸片，就可以使用LM86準(zhǔn)確測(cè)量任何ASIC的溫度?！?．75℃的準(zhǔn)確性是廠家針對(duì)移動(dòng)PentiumⅢ熱敏二極管的1．008典型非理想因素而設(shè)計(jì)的。

1 工作原理

1．1功能描述

LM86溫度傳感器把一個(gè)使用本地或遠(yuǎn)程二極管的基于溫度傳感器的 VBE變量與一個(gè)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(cè)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(cè)遠(yuǎn)程溫度(RT)以數(shù)字量與遠(yuǎn)程上限(RHS)、遠(yuǎn)程下限(RLS)和遠(yuǎn)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(guò)內(nèi)部滯回比較器來(lái)響應(yīng)，滯回功能通過(guò)設(shè)置滯回寄存器(TH)的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)溫度低于T CRIT設(shè)置值時(shí)，T CRIT A#有效。當(dāng)遠(yuǎn)程溫度和本地溫度同時(shí)讀時(shí)，滯回寄存器會(huì)受影響。

LM86通過(guò)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(yuǎn)程溫度數(shù)據(jù)是一個(gè)16位字。兩個(gè)偏移寄存器（RTOLB和RTOHB）用來(lái)補(bǔ)償非理想誤差。報(bào)導(dǎo)的遠(yuǎn)程溫度讀數(shù)通過(guò)對(duì)實(shí)際溫度加減偏移寄存器中的值來(lái)調(diào)整。
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圖2 為L(zhǎng)M86接線圖，對(duì)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(xì)說(shuō)明見(jiàn)表1。
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1．2主要特點(diǎn)

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(yuǎn)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(shí)，遠(yuǎn)程溫度為80℃±0．75℃；本地溫度為30～50℃時(shí)，遠(yuǎn)程溫度在60～100℃士1．0℃之間；0～85℃的本地溫度所對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程溫度為25～125℃土3．O℃。

LM86的存儲(chǔ)溫度在一65～150℃之間。除此之外還有以下特點(diǎn)：

(1)精確傳感遠(yuǎn)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(hào)遠(yuǎn)程二極管溫度數(shù)據(jù)格式，0．125℃分辨率；

(5)與系統(tǒng)停機(jī)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(bào)警輸出(ALERRT#)

LM86的ALERT#管腳是一個(gè)低電平有效漏極開路報(bào)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(bào)警輸出的復(fù)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(lái)最好地服務(wù)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者：作為溫度比較器，作為基于中斷標(biāo)志的溫度和作為SMBus報(bào)警系統(tǒng)的一部分。每個(gè)溫度讀數(shù)，本地溫度和遠(yuǎn)程溫度(LT和RT)與一個(gè)T CRIT溫度限制寄存器(LCS，RCS)相關(guān)，一個(gè)上限溫度限制寄存器(LHS和RHS)和一個(gè)下限溫度限制寄存器(LLS和RLS)。在每個(gè)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(huì)觸發(fā)報(bào)警。通常，配置寄存器中的報(bào)警屏敝位必須被清除以便來(lái)觸發(fā)所有模式的報(bào)警。

2．1 作為溫度比較的報(bào)警輸出

當(dāng)LM86接在一個(gè)不執(zhí)行中斷的系統(tǒng)中時(shí)，報(bào)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(bào)警變低的條件不再存在，報(bào)警就解除。例如，如果報(bào)警輸出通過(guò)LT>LHS的比較被激活，當(dāng)這個(gè)條件不再是真時(shí)，報(bào)警將保持高。只要所有的寄存器都在初始化時(shí)配置好，這種模式允許不要軟件干預(yù)而實(shí)現(xiàn)操作。為了使報(bào)警能用作溫度比較器，過(guò)濾器(FILTER)和報(bào)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(bào)警輸出

當(dāng)LM86用來(lái)觸發(fā)一個(gè)中斷服務(wù)程序時(shí)，ALERT#可以作為一個(gè)簡(jiǎn)單的中斷信號(hào)來(lái)完成。在這種系統(tǒng)中，ALERT#用于觸發(fā)一個(gè)中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序沒(méi)有完成之前或正在執(zhí)行中時(shí)，不希望中斷標(biāo)志被重復(fù)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(bào)警屏敝位置位，阻止進(jìn)一步的報(bào)警觸發(fā)，直到在中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)主機(jī)發(fā)出復(fù)位指令使屏敝解除。

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

(1)主機(jī)感應(yīng)到ALERT#為低；

(2)主機(jī)讀LM86狀態(tài)寄存器以確定引起報(bào)警的原因；

(3)LM86清除狀態(tài)寄存器，復(fù)位報(bào)警信號(hào)為高，設(shè)置報(bào)警屏敝位(配置寄存器的D7位)；

(4)主機(jī)關(guān)注引起報(bào)警的條件。風(fēng)扇被啟動(dòng)，溫度設(shè)置極限調(diào)整等；

(5)主機(jī)復(fù)位報(bào)警屏敝。

2．3 報(bào)警輸出作為一個(gè)SMBus報(bào)警

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

ARA，000 1100，是一個(gè)通用的訪問(wèn)地址。沒(méi)有器件曾經(jīng)賦于這個(gè)地址。為了使LM86來(lái)響應(yīng)ARA命令，濾波器和報(bào)警配置寄存器(xBF)中的位DO(報(bào)警配置位)必須設(shè)置為低。通過(guò)設(shè)置配置寄存器的報(bào)警屏敝位D7可以解除報(bào)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(gè)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(guò)軟件或硬件來(lái)改變。這個(gè)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(yuǎn)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(yuǎn)程溫度數(shù)據(jù)用11位表示，數(shù)據(jù)格式是一個(gè)16位字(無(wú)論正負(fù)，D5為最低有效位，D0～D4總為0)存放于兩個(gè)8位遠(yuǎn)程溫度高、低字節(jié)寄存器(RTHB和RTLB)中。當(dāng)只有最低有效位D5為1時(shí)，對(duì)應(yīng)最小溫度為0．125℃（分辨率）。負(fù)溫度以下二次補(bǔ)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(gè)8位本地溫度寄存器(LT)中，D0為最低有效位，當(dāng)只有D0為1時(shí)，對(duì)應(yīng)的最小溫度為1℃。負(fù)溫度以二次補(bǔ)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(guò)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(gè)地址。LM86中的每個(gè)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(duì)LM86的寫總含有地址字節(jié)和命令字節(jié)。對(duì)任何寄存器的寫需要一個(gè)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(duì)的(大多時(shí)候，期望命令寄存器指向讀溫度寄存器中的一個(gè)，這是從LM86中讀數(shù)據(jù)的最快方式)，那么讀可以簡(jiǎn)單的含有一個(gè)地址字節(jié)，跟著是找回?cái)?shù)據(jù)字節(jié)。

(2)如果命令寄存器需要被置位，那么一個(gè)地址字節(jié)、命令字節(jié)、重復(fù)啟動(dòng)和另外一個(gè)地址字節(jié)將完成一個(gè)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(jī)接收到承認(rèn)或不承認(rèn)(不承認(rèn)典型作為主機(jī)已經(jīng)讀到從機(jī)最后一個(gè)字節(jié)的一個(gè)信號(hào))。LM86測(cè)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(gè)寄存器被讀或被寫。這個(gè)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(duì)其他主要寄存器數(shù)據(jù)的讀寫控制方式見(jiàn)表3。
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4．2 狀態(tài)寄存器

當(dāng)LM86感測(cè)到本地或遠(yuǎn)程溫度超限、遠(yuǎn)程二極管開路或ADC正在轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)自動(dòng)把相應(yīng)位置1，用戶通過(guò)讀狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來(lái)監(jiān)控或輸出報(bào)警。
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當(dāng)狀態(tài)寄存器的各位置1時(shí)，對(duì)應(yīng)的報(bào)警分別為：

D0：本地溫度報(bào)警；

D1：遠(yuǎn)程二極管臨界溫度報(bào)警；

D2：遠(yuǎn)程二極管斷開；

D3：遠(yuǎn)程二極管低溫報(bào)警；

D4：遠(yuǎn)程二極管高溫報(bào)警；

D5：本地低溫報(bào)警；

D6：本地高溫報(bào)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(méi)定義，其余各位為1時(shí)使能。命令寄存器對(duì)配置寄存器的讀寫地址見(jiàn)表3。
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5 噪聲及錯(cuò)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(gè)用戶配置的數(shù)字過(guò)濾器。這個(gè)過(guò)濾器在地址為BFh的過(guò)濾器寄存器(RDTF)和報(bào)警配置寄存器(C)中被訪問(wèn)。過(guò)濾級(jí)別可以按表5來(lái)設(shè)置，RDRF中的D3～D7沒(méi)定義總為0，D0為l時(shí)過(guò)濾使能。通過(guò)噪聲過(guò)濾之后的溫度變化曲線平緩而無(wú)毛刺。
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為了抑制錯(cuò)誤的報(bào)警或T CRIT觸發(fā)，LM86具有一個(gè)錯(cuò)誤隊(duì)列。錯(cuò)誤隊(duì)列作用確保遠(yuǎn)程溫度測(cè)量不被觸發(fā)而超出上、下限或T CRIT設(shè)置值，直到3個(gè)連續(xù)的極限輸出已經(jīng)做出。在上電時(shí)，錯(cuò)誤隊(duì)列缺省為關(guān)，可通過(guò)設(shè)置配置寄存器(09h)中的D0位為1來(lái)激活。

6 在CPU測(cè)溫中的應(yīng)用

一般的溫度傳感器(無(wú)論是熱敏電阻或IC型溫度傳感器)都需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能夠?qū)醾鲗?dǎo)到傳感器的核心部分。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從CPU把熱傳導(dǎo)到空氣中，再?gòu)目諝庵袀鲗?dǎo)到溫度傳感器中，這個(gè)過(guò)程至少需要20 min以上的時(shí)間。如果，散熱片沒(méi)裝好或風(fēng)扇沒(méi)有轉(zhuǎn)了，那么不到二分鐘，使用者的CPU就會(huì)被燒壞。

LM86等具有特色的遠(yuǎn)程二極管溫度傳感器芯片在保護(hù)計(jì)算機(jī)處理器方面獨(dú)具功效，配合LM87等系統(tǒng)監(jiān)視芯片，保護(hù)系統(tǒng)正常工作。Intel公司在Pentium處理器中集成了一個(gè)遠(yuǎn)程二極管溫度傳感器，能更直接感測(cè)到CPU核心的溫度變化，通過(guò)一根引線接出，由外部傳感器芯片處理，在溫度過(guò)熱時(shí)，便自動(dòng)降低CPU主頻，加大風(fēng)扇功率。見(jiàn)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(dòng)電話，特別是CDMA手機(jī)很需要半導(dǎo)體溫度傳感器，以便對(duì)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(hù)與修正。中國(guó)作為世界上最大的家電生產(chǎn)國(guó)，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(qiáng)技術(shù)含量，更需要半導(dǎo)體溫度傳感器，尤其是像LM86這樣能夠精確測(cè)溫的遠(yuǎn)程半導(dǎo)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(gè)印刷電路版上，并且由于最好的導(dǎo)熱通路位于兩個(gè)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(shí)際溫度將處于一個(gè)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(dǎo)熱回路通過(guò)焊點(diǎn)，所以電路板溫度比空氣溫度對(duì)LM86自身溫度的影響大得多。

在測(cè)LM86的外部溫度時(shí)，用一個(gè)遠(yuǎn)程二極管。這個(gè)二極管能夠安裝在目標(biāo)IC上，允許集成芯片溫度的測(cè)量，而獨(dú)立于LM86的溫度。一個(gè)分立的二極管也可用來(lái)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(cè)奔騰Ⅲ處理器時(shí)這種連接得到的近似二極管測(cè)溫效果較好。

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