十位数字温度传感器(AD7416.doc
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十位数字温度传感器(AD7416.doc
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十位数字温度传感器(AD7416)和四通道、单通道ADC(AD7417/AD7418)
1.概述
AD7416是有8个管脚的温度监测器。
该温度监测器可通过多路复用器的0通道进行访问。
片上寄存器可编程控制极限温度,当温度超过极限时漏极开路温度过热指示器(OTI)处于工作状态。
AD7417和AD7418分别是10位,4通道和单通道的ADC,其片上温度传感器可用2.7V~5.5V电压供电。
该装置包含一个约15μs的转换器,5通道多路复用器,温度传感器,时钟振荡器,跟踪-保持器和一个2.5V的参考电压。
1.1AD7416/AD7417/AD7418的主要特点
●10位ADC,转换时间15μs和30μs
●单通道和4单通道模拟输入
●片上温度传感器测量范围:
-40℃~+25℃
●片上跟踪-保持
●温度过热指示
●转换结束自动掉电
●供电电压范围:
2.7V~5.5V
●I2C兼容串口
●串行总线地址允许八个AD7416/AD7417连接到一条总线上
●AD7416可代替LM75
1.2管脚说明
AD7416管脚结构如图1所示,表1是其管脚功能说明。
AD7417管脚结构如图2所示,表2是其管脚功能说明。
AD7418管脚结构如图3所示,表3是其管脚功能说明。
图1AD7416管脚结构图
表1AD7416管脚功能说明
管脚号
名称
说明
1
SDA
数字I/O。
双向数据串行总线。
2
SCL
数字输入。
串行总线时钟。
3
OTI
逻辑输出。
当通道0(温度传感器)的转换结果大于温度过热寄存器(OTR)的8位数时,温度过热指示器(OTI)置位。
信号在连续读操作结束时重置。
漏极开路输出。
4
GND
跟踪-保持、比较器和电容DAC、数字电路的参考地。
5
A2
数字输入。
串行总线地址的最高可编程位。
6
A1
数字输入。
串行总线地址的中间可编程位。
7
A0
数字输入。
串行总线地址的最低可编程位。
8
VDD
正向供电电压,2.7V~5.5V。
图2AD7417管脚结构图
表2AD7417管脚功能说明
管脚号
名称
说明
1,16
NC
无连接。
2
SDA
数字I/O,双向数据串行总线。
3
SCL
数字输入,串行总线时钟。
4
OTI
逻辑输出,当通道0(温度传感器)的转换结果大于温度过热寄存器(OTR)的8位数时,温度过热指示器(OTI)置位。
信号在连续读操作结束时重置。
漏极开路输出。
5
REFIN
参考输入,连接外部2.5V参考电压。
若使用片上参考,该引脚应该接地;如果连接了外部参考,应关闭内部参考。
6
GND
跟踪-保持、比较器和电容DAC、数字电路的参考地。
7~10
AIN1到AIN4
模拟输入通道。
AD7417有四个模拟输入通道,且是单端输入。
输入电压在0V到VREF之间。
11
A2
数字输入。
串行总线地址的最高可编程位。
12
A1
数字输入。
串行总线地址的中间可编程位。
13
A0
数字输入。
串行总线地址的最低可编程位。
14
VDD
正向供电电压,2.7V~5.5V。
15
逻辑输入信号,转换开始信号。
信号的上升沿触发器件上电,所需时间为4μs。
图3AD7418管脚结构图
表3AD7418管脚功能说明
管脚号
名称
说明
1
SDA
数字I/O。
双向数据串连行总线。
2
SCL
数字输入。
串行总线时钟。
3
OTI
逻辑输出,当通道0(温度传感器)的转换结果大于温度过热寄存器(OTR)的8位数时,温度过热指示器(OTI)置位。
信号在连续读操作结束时重置。
漏极开路输出。
4
GND
跟踪保持、比较器和电容DAC、数字电路的参考地。
5
AIN
模拟输入通道。
单端输入,输入电压在0V到VREF之间。
6
REFIN
参考输入,连接外部2.5V参考电压。
若使用片上参考,该引脚应该接地;如果连接了外部参考,应关闭内部参考。
7
VDD
正向供电电压,2.7V~5.5V。
8
逻辑输入信号,转换开始信号。
信号的上升沿触发器件上电,所需时间为4μs。
2.工作原理
AD7416/AD7417/AD7418功能模块图分别如图4、图5、图6所示。
图4AD7416功能模块图
图5AD7417功能模块图
图6AD7418功能模块图
2.1ADC转换
通过给输入一个脉冲信号来触发AD7417/AD7418转换。
转换时钟是内部产生的不需要外部时钟,除非从串口读数据或写数据到串口。
片上跟踪-保持部分在信号的下降沿由跟踪模式转变为保持模式。
在自动转换模式下当AD7416/AD7417/AD7418进行读写操作时开始转换。
在这种情况下,内部时钟振荡器在读或写操作结束时置位。
读写操作完成并开始转换后,从跟踪模式到保持模式的转变需要3μs。
15μs或30μs后得到转换结果,这要看选择的是模拟输入通道还是温度传感器。
AD7417/AD7418跟踪-保持的获得时间是400ns。
选择片上的0通道进行温度测量和转换。
完全转换需要30μs。
所有未用的模拟输入端应该接地使功耗达到最低。
2.2温度测量
AD7416/AD7417/AD7418温度测量方法是在不同的电流下测量当前VBE的变化。
如图7所示。
ΔVBE=KT/ln(N)
式中,K是波尔兹曼常数,q是电子电荷(1.6×10-19库仑),T是绝对温度,N是电流比。
图7温度测量电路
图中,为测量ΔVBE,操作电流在I和N×I之间转换。
所得波形通过一个稳定的斩波放大器得到与ΔVBE成比例的直流电压。
该电压通过ADC后以温度的形式输出。
ADC的精度是0.25℃,理论上能测量的温度跨度为255℃,能保证的测量范围是-40℃~+125℃。
转换结果作为16位数存到温度值寄存器中。
温度转换公式用温度值寄存器的高10位来表示:
1.正温度=ADC编码/4
2.负温度=(ADC编码*-512)/4
*MSB从ADC编码中删除。
2.3内部寄存器
AD7417/AD7418有7个内部寄存器,如图8所示。
包括6个数据寄存器和1个地址指针寄存器。
AD7416有5个内部寄存器(缺少ADC和一个结构寄存器)。
2.3.1地址指针寄存器
地址指针寄存器是8位的,存贮数据寄存器的地址。
每个连续写操作的第一个字节是数据寄存器的地址,存贮在地址指针寄存器中。
该寄存器的最后三位进行数据寄存器的选择。
如表4所示。
表5为寄存器地址。
表4地址指针寄存器
P7*
P6*
P5*
P4*
P3*
P2
P1
P0
0
0
0
0
0
寄存器选择
*P3到P7必须置零。
表5寄存器地址
P2
P1
P0
寄存器
0
0
0
温度值(只读)
0
0
1
结构寄存器(读/写)
0
1
0
THYST(读/写)
0
1
1
TOTI
1
0
0
ADC(AD7417/AD7418)
1
0
1
结构寄存器2(AD7417/AD7418)
地址指针寄存器(为读/写操作选择数据寄存器)
温度值寄存器
(只读地址00h)
结构寄存器
(读/写地址01h)
THYST设定值寄存器(读/写地址02h)
TOTI设定值寄存器(读/写地址03h)
ADC寄存器2
(读/写地址04h)
结构寄存器
(读/写地址05h)
串行总线接口
地址
数据
SDA
SCL
图8AD7417/AD7418内部寄存器结构图
2.3.2温度值寄存器(地址00h)
温度值寄存器是16位只读寄存器,前10位存贮从ADC中读取的温度。
第5位到第1位不用。
如表6所示。
表6温度值寄存器
D15
D14
D13
D12
D11
D10
D9
D8
D7
D6
MSB
B8
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
温度数据形式如表7所示。
ADC理论范围从-128℃到+127℃,但是实际上,温度测量范围受器件的操作温度限制。
表7温度数据形式
温度
数字输出
-128℃
1000000000
-125℃
1000001100
-100℃
1001110000
-75℃
1011010100
-50℃
1100111000
-25℃
1110011100
-0.25℃
1111111111
0℃
0000000000
+0.25℃
0000000001
+10℃
0000101000
+25℃
0001100100
+50℃
0011001000
+75℃
0100101100
+100℃
0110010000
+125℃
0111110100
+127℃
0111111100
2.3.3结构寄存器(地址01h)
结构寄存器是8位,读/写寄存器用于设置AD7418/AD7417/AD7418的操作模式。
D7到D5位控制通道选择,如表8所示。
对AD7416来说,这些位应该全设为0。
D4和D3用来设置出错队列的长度。
D2设置OTI输出,D1选择比较器或操作中断模式,D0=1选择停止模式(默认值D0=0)。
表8结构寄存器
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
通道选择
出错队列
OTI极性
比较/中断
停止
AD7416只有一个温度通道,AD7417有4个模拟输入通道和一个温度通道,AD7418有一个温度通道和一个模拟输入通道。
他们的温度通道都是CH0。
AD7418的模拟输入通道是CH4。
表9是通道选择列表,表10是出错队列设置。
表9通道选择
D7
D6
D5
通道选择
0
0
0
温度传感器
0
0
1
AIN1(AD7417)
0
1
0
AIN2(AD7417)
0
1
1
AIN3(AD7417)
1
0
0
AIN4(AD7417和AD7418)
表10出错队列设置
D4
D3
出错数
0
0
1(上电默认)
0
1
2
1
0
4
1
1
6
2.3.4THYST设定值寄存器(地址02h)
THYST设定值寄存器是16位,读/写寄存器高9位存储THYST的设定值,相当于温度值寄存器的高9位,位6到位0位无用。
2.3.5TOTI设定值寄存器(地址03h)
TOTI设定值寄存器是16位的,读/写寄存器的高9位存储TOTI的设定值,相当于温度值寄存器高9位,位6到位0无用。
设定值寄存器如表11所示。
表11设定值寄存器
D15
D14
D13
D12
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- 十位 数字 温度传感器 AD7416