Обзор температурных датчиков NXP

Датчик, сенсор (от англ. sensor) - термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

Температурные датчики разделяются на аналоговые и цифровые.

Аналоговые температурные датчики

Температурный датчик (терморезистор) (от греч. therme - тепло, жар; от лат. resisto - сопротивляюсь), термистор - полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно убывает или возрастает с ростом температуры. Для терморезистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Терморезистор изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии, их размеры могут варьироваться в пределах от 1-10 мкм до 1-2 см. Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.

Перечень аналоговых температурных датчиков фирмы NXP Semiconduc…rs представлены в таблице 1. Сенсоры выполнены по полупроводниковой (кремниевой) технологии. Их выгодно отличают (в сравнении с NTC или платиновыми (Pt) датчиками):

• широкий выбор диапазонов измеряемых температур,
• измерение температур до 300°С,
• высокая стабильность измерения с течением времени (более 450000 часов),
• линейная характеристика во всем температурном диапазоне,
• различные корпуса, в т.ч. стеклянные, которые могут применяться непосредственно в агрессивных средах.

Таблица 1. Температурные датчики (терморезисторы) фирмы NXP Semiconductors

Обозначение	Рабочие температуры, °C	Точность, °C	Корпус	Вид
KTY81-110	-55 … +150	±1.3	SOD70
KTY81-120	-55 … +150	±2.5	SOD70
KTY81-121	-55 … +150	±1.3	SOD70
KTY81-122	-55 … +150	±1.3	SOD70
KTY81-150	-55 … +150	±6.3	SOD70
KTY81-151	-55 … +150	±3.2	SOD70
KTY81-152	-55 … +150	±3.2	SOD70
KTY81-210	-55 … +150	±1.3	SOD70
KTY81-220	-55 … +150	±1.3	SOD70
KTY81-221	-55 … +150	±1.3	SOD70
KTY81-250	-55 … +150	±6.3	SOD70
KTY81-251	-55 … +150	±3.2	SOD70
KTY81-252	-55 … +150	±3.2	SOD70
KTY82-110	-55 … +150	±1.3	SOT23
KTY82-120	-55 … +150	±2.5	SOT23
KTY82-121	-55 … +150	±1.3	SOT23
KTY82-122	-55 … +150	±1.3	SOT23
KTY82-150	-55 … +150	±6.3	SOT23
KTY82-151	-55 … +150	±3.2	SOT23
KTY82-152	-55 … +150	±3.2	SOT23
KTY82-210	-55 … +150	±1.3	SOT23
KTY82-220	-55 … +150	±2.5	SOT23
KTY82-221	-55 … +150	±1.3	SOT23
KTY82-222	-55 … +150	±1.3	SOT23
KTY82-250	-55 … +150	±6.3	SOT23
KTY82-251	-55 … +150	±3.2	SOT23
KTY82-252	-55 … +150	±3.2	SOT23
KTY83-110	-55 … +175	±1.3	SOD68
KTY83-120	-55 … +175	±2.5	SOD68
KTY83-121	-55 … +175	±1.3	SOD68
KTY83-122	-55 … +175	±1.3	SOD68
KTY83-150	-55 … +175	±6.6	SOD68
KTY83-151	-55 … +175	±3.3	SOD68
KTY83-152	-55 … +175	±3.3	SOD68
KTY84-130	-40 … +300	±4.8	SOD68
KTY84-150	-40 … +300	±8.0	SOD68
KTY84-151	-40 … +300	±4.0	SOD68
KTY84-152	-40 … +300	±4.0	SOD68

Цифровые температурные датчики

Использование аналоговых температурных датчиков заставляет столкнуться с рядом проблем связанных с передачей информации по каналу связи до АЦП. Цифровые температурные датчики позволяют избежать многих проблем, связанных с передачей аналогового сигнала от полупроводникового датчика к входу АЦП или компаратора.

Объединяя на одном кристалле чувствительный элемент, цепи коррекции нелинейности, АЦП, стандартный интерфейс, для подключения к микроконтроллеру и стабилизатор питания, эти приборы позволяют значительно упростить схемотехнику проектируемого устройства, повысить его надежность и снизить стоимость. Все микросхемы термометров дополнительно содержат встроенную оперативную память и схему слежения, для контроля выхода температуры за установленное пользователем пороговое значение.

Линейка цифровых температурных датчиков компании NXP представлена следующими элементами:

LM75A, LM75B - объединяет на одном кристалле чувствительный элемент, цепи коррекции нелинейности, 11-ти битный сигма-дельта АЦП (обеспечивает резолюцию 0,125 °С), схему сброса, тактовый генератор, стандартный интерфейс, для подключения к микроконтроллеру и стабилизатор питания, pin-to-pin совместим с индустриальным стандартом LM75, а также регистр конфигурации, измеренной температуры, пороговой температуры, гистерезиса, логику управления и реализации I²C протокола (обеспечивая подключение на шину до восьми термометров). Кроме этого ЧИП включает цифровой компаратор с каскадом усиления на полевом транзисторе с открытым стоком.

• Pin-to-pin совместим с промышленным стандартом LM75 и обеспечивает высокое разрешение до 0,125 °С и расширенный диапазон питающего напряжения 2,8 - 5,5 В
• I²C интерфейс позволяющий подключить до 8-ми устройств на одну шину
• Диапазон питающих напряжений 2,8 - 5,5 В
• Диапазон измеряемых температур -55°С … +125°С
• Диапазон рабочей частоты генератора от 20 Гц до 400 кГц обеспечивает безотказную работу с шиной (для LM75B)
• 11-битный АЦП обеспечивающий точность измеряемой температуры до 0,125°С
• Точность измеряемой температуры
  • ±2°С - -25°С … +100°С
  • ±3°С - -55°С … +100°С
• Программируемый температурный порог и гистерезис
• Потребление тока 3,5 мкА (LM75A) 1мкА (LM75B) в выключенном режиме для сохранения энергии
• Автономная работа как термостат
• Защита от электростатического напряжения до 2 кВ
• Маленький 8-ми выводной корпус, SO8 и TSSOP8

Наименование	Диапазон измеряемых температур, °С	Точность в диапазоне -25…100°С, ±°С	Разрешение, °С	Время преобр., мс	Ia/Istb, мА/мка	Uп, В	Интерфейс	Тип корпуса
LM75AD	-55…+150	2,0	0,125	100	1,0/3,5	2,5…5,5	I2C	SO-8
LM75A	-55…+150	2,0	0,125	100	1,0/3,5	2,5…5,5	I2C	TSSOP-8

NE1617, NE1617A, NE1619 - двухканальные цифровые температурные датчики, имеют встроенный термочувствительный элемент, а так же осуществляют мониторинг, удаленного объекта, при помощи внешнего термодатчика (кремниевого диода). Показания температуры с обоих датчиков фиксируются в соответствующих регистрах, затем считываются по 2-х проводной SMBus шине. Имеется система слежения, для формирования сигнала тревоги, в случае перехода температуры любого канала через запрограммированный порог. В микросхеме может быть от 1 до 9 адресов (определяются двумя адресными выводами) на шине. В микросхеме организована функция сохранения энергии Standby, эту функцию можно организовать любым программным обеспечением по SMBus шине или с помощью аппаратных средств используя резервный вывод. Датчик NE1619 осуществляет контроль напряжения питания системы: 12 В, 5 В, 3,3 В, 2,5 В, VCCP, VDD. Совместимы с термодатчиками от Maxim MAX6657/58 и ADM1032 от Analog Device.

NE1617, NE1617A

• Взаимозаменяем с микросхемой MAX1617 (Maxim) и ADM1021 (Analog Device)
• Контроль температуры самой микросхемы и температуры внешнего датчика
• Точность измеряемой температуры NE1617
  • ±2°С встроенного датчика
  • ±3°С внешнего датчика
• Точность измеряемой температуры NE1617A
  • ±2 °С встроенного датчика +60°С … + 100°С
  • ±3 °С встроенного датчика 0°С … + 125°С
  • ±3 °С внешнего датчика +60°С … + 100°С
  • ±5 °С внешнего датчика 0°С … + 125°С
• Не требуется калибровка
• Программируемая зона тревоги пониженной или повышенной температуры
• SMBus двухпроводный последовательный интерфейс
• Напряжение питания 3 - 5,5 В
• Потребление тока до 70 мкА в рабочем режиме
• Потребление тока до 3 мкА режиме сна (standby)
• Защита от электростатического напряжения до 2 кВ (только для NE1617A)
• Маленький 16-ти выводной корпус, SSOP16

NE1619

• Контроль данных встроенного и внешнего датчиков температуры
• Точность измеряемой температуры NE1619
  • ±2°С встроенного датчика
  • ±3°С внешнего датчика
• Точность измерений 1°С
• Напряжение питания 2,8 - 5,5 В
• Контроль напряжения питания 12 В, 5 В, 3,3 В, 2,5 В, VCCP, VDD
• Точность ±2% во всем диапазоне измеряемых температур
• Дифференциальная нелинейность ±1 LSB
• Не требуется калибровка
• Программируемая зона тревоги пониженной или повышенной температуры или напряжения
• Программируемый сброс низкого уровня выходного импульса
• SMBus двухпроводный последовательный интерфейс
• Совместим с Heceta 4 от Intel
• Защита от электростатического напряжения до 2 кВ
• Тестирование фиксированного уровня стандарта JESD78 который превышает 100 мА
• Маленький 16-ти выводной корпус, SSOP16

Наименование	Диапазон измеряемых температур, °С	Точность в диапазоне -25…100°С, ±°С	Разрешение, °С	Время преобр., мс	Ia/Istb, мА/мка	Uп, В	Интерфейс	Тип корпуса
NE1617ADS	0…120	2,0	1,0	170	70/3,0	3,0…5,5	SMBus	SSOP16
NE1618DS	0…120	2,0	1,0/0,125	150/750	80/3,0	3,0…3,6	SMBus	SSOP16
NE1619DS	0…120	2,0	1,0	150/750	250/100	2,8…5,5	SMBus	SSOP16

SA56004 - SMBus совместимый, включает в себя цифровой температурный датчик, имеет встроенный термочувствительный элемент, а так же осуществляет мониторинг, удаленного объекта, при помощи внешнего термодатчика (кремниевого диода), 11-битный АЦП (обеспечивает резолюцию 0,125°С), систему подачи тревожного сигнала при превышении температуры заданного диапазона. В микросхеме может быть до 8 отдельных адресов устройств для семи вариантов использования. Совместимы с термодатчиками от National LM86, MAX6657/58 Maxim и ADM1032 от Analog Device.

• Точность измерения температуры внешнего термодиода микропроцессора или диодного соединения в пределах ±1°С
• Точность встроенного датчика ±2°С
• Диапазон температур -40 °С … + 125°С
• 11-битный АЦП обеспечивающий точность измеряемой температуры до 0,125°С
• 8 отдельных адресов устройств для семи вариантов использования. SA56004ED с выполнением кода 56004E и SA56004EDP с выполнением сода 6004E адреса совместимы с термодатчиками от National LM86, MAX6657/58 Maxim и ADM1032 от Analog Device.
• Регистр коррекции доступен для коррекции температуры внешнего датчика
• Программируемая зона тревоги пониженной или повышенной температуры
• SMBus двухпроводный последовательный интерфейс с поддержкой задержек
• Напряжение питания 3 - 3,6 В
• I²C интерфейс совместимый со стандартными и быстрыми функциями
• Программируемая частота преобразования (0,0625 Гц до 26 Гц)
• Закрывается при пониженном питании, для предотвращения считывания ошибочных данных температуры
• тестирование фиксированного уровня стандарта JESD78 который превышает 100 мА
• Маленький 8-ми выводной корпус: SO8, TSSOP8 и HVSON8

SE95 - высокоточный цифровой датчик температуры, объединяет на одном кристалле чувствительный элемент, 13-ти битный сигма-дельта АЦП (обеспечивает резолюцию 0,03125°С), регистр конфигурации, измеренной температуры, пороговой температуры, гистерезиса, pin-to-pin совместим с индустриальным стандартом LM75/LM75A.

• Pin-to-pin совместим с промышленным стандартом LM75/LM75A
• расширенный диапазон питающего напряжения 2,8 - 5,5 В
• I²C интерфейс работает на частоте до 400 кГц и обеспечивает безотказную работу с шиной до 8 устройств
• Диапазон измеряемых температур -55°С … +125°С
• 13-битный АЦП обеспечивающий точность измеряемой температуры до 0,03125°С
• Точность измеряемой температуры ±1 °С в диапазоне измеряемых температур от -25°С… +100°С
• Программируемый температурный порог и гистерезис
• Потребление тока 7 мкА в выключенном режиме для сохранения энергии
• Автономная работа как термостат
• Защита от электростатического напряжения до 1 кВ
• Тестирование фиксированного уровня стандарта JESD78 который превышает 100 мА
• Маленький 8-ми выводной корпус, SO8 и TSSOP8

SE97 - объединяет на одном кристалле чувствительный элемент, 13-ти битный сигма-дельта АЦП (обеспечивает резолюцию 0,125 °С), 256 Байт энергонезависимой памяти (EEPROM) связанной по шине I²C/SMBus, программируемый температурный порог и гистерезис: выключен, 0°С, 1,5°С, 3°С, 6°С, система слежения, формирует сигнал тревоги, в случае перехода температуры любого канала через запрограммированный порог.

Характеристика микросхемы:

• Основные характеристики:
  • Соответствует стандарту JEDEC для температурных датчиков DIMM, плюс 256 Б встроенной энергонезависимой памяти (EEPROM) для последовательной детекции наличия устройства
  • SE97 оптимизирована под питающие напряжения в диапазоне 3,0 - 3,6 В, но SPD может быть прочитана и при 1,7 В
  • Потребление тока 0,1 мкА (типовое) и 0,3 мкА (максимальное)
  • Двухпроводный интерфейс: I²C/SMBus совместимый, с частотой от 0 Гц до 400 кГц
  • Адрес сигнала тревоги SMBus и задержка программируемые
  • Защита от электростатического напряжения до 2,5 кВ
  • Тестирование фиксированного уровня стандарта JESD78, который превышает 100 мА
  • Маленький 8-ми выводной корпус, TSSOP8, HVSON8, HXSON8 и HWSON8
• Характеристики датчика температуры:
  • 11-битный АЦП обеспечивающий точность измеряемой температуры до 0,125°С
  • Потребление тока 250 мА (типовое) и 400 мА (максимальное)
  • Программируемый температурный порог и гистерезис: выключен, 0°С, 1,5°С, 3°С, 6°С
  • Программируемая зона тревоги пониженной, повышенной или критической температуры
  • Точность измеряемой температуры
    • ±0,5°С/±1°С (тип/макс) - +75°С … +95°С
    • ±1°С/±2°С (тип/макс) - +40°С … +125°С
    • ±2°С/±3°С (тип/макс) - -20°С … +125°С
• EEPROM:
  • Потребляемый ток
    • Запись - 0,6 мА (тип) для 3,5 мс (тип)
    • Чтение - 100 мА (тип)
  • Организован как один блок 256 Б (256х8)
  • 100 000 циклов записи/стирания и 10 лет хранение данных
  • Долговременное и обратимое программное обеспечение для защиты записи
  • Программное обеспечение защиты записи не менее 128 Б

SE98 - I²C/SMBus совместимый, объединяет на одном кристалле чувствительный элемент, 11-ти битный сигма-дельта АЦП (обеспечивает резолюцию 0,125 °С), программируемый температурный порог и гистерезис: выключен, 0°С, 1,5°С, 3°С, 6°С, система слежения, формирует сигнал тревоги, в случае перехода температуры любого канала через запрограммированный порог.

Характеристика микросхемы:

• Основные характеристики:
  • Соответствует стандарту JEDEC для температурных датчиков DIMM
  • Оптимизирована под питающие напряжения в диапазоне 3,0 - 3,6 В
  • Потребление тока 0,1 мкА (типовое) и 15 мкА (максимальное)
  • Двухпроводный интерфейс: I²C/SMBus совместимый, с частотой от 0 Гц до 400 кГц
  • Программируемые адрес сигнала тревоги SMBus и задержка
  • Маленький 8-ми выводной корпус TSSOP8, HVSON8
• Характеристики датчика температуры:
  • АЦП
  • Потребление тока 200 мА (типовое) и 250 мА (максимальное)
  • Программируемый температурный порог и гистерезис: выключен, 0°С, 1,5°С, 3°С, 6°С
  • Программируемая зона тревоги пониженной, повышенной или критической температуры
  • Точность измеряемой температуры
    • ±1°С/±2°С (тип/макс) - +75С … +95°С
    • ±2°С/±3°С (тип/макс) - +40 °С … +125°С
    • ±3°С/±4°С (тип/макс) - -20°С … +125°С

Области применения температурных датчиков:

Настольные компьютеры, ноутбуки, индустриальные контроллеры, телекоммуникационное оборудование, сервера и рабочие станции, системы вентиляции и кондиционирования, другие системы контроля температуры и термокомпенсации, модули памяти, жесткие диски и другая компьютерная периферия.

Егоров Алексей,
Компания Гамма Санкт-Петербург