系統中基于MAX6636的多點溫度監測

　　引言
　　
　　MAX6636是一個多通道的精密溫度監測器，它不僅能監測本地溫度，并且外部zui多能接6個二極管。每一通道都具有可編程過低溫度報警，1、4、5和6通道還具有可編程過高溫度報警。當某一通道測得的溫度達到其預先設定的極限值時，狀態寄存器的相應位就會被置位。MAX6636zui顯著的優點是采用了微型20引腳TSSOP封裝，能夠監測CPU和其他4個位置的溫度，主要應用于臺式電腦、筆記本電腦、工作站以及服務器。
　　
　　1、MAX6636封裝及性能特點
　　
　　1．1引腳功能
　　
　　MAX6636的引腳圖如圖1所示。MAX6636各引腳功能如下：
　　
　　DXPl～DXP6：遠程溫度傳感器的正端。當沒有用到遠程二極管時，該腳置空或連接到V∝引腳上。在DXP與DXN之間應連接一個2200pF的電容濾除噪聲。
　　
　　DXNl～DXN6：遠程溫度傳感器的負端。該引腳內部是連接到地的。
　　
　　STBY：待機模式輸入引腳，低電平有效。此時溫度值及門限值仍會保留。
　　
　　NC：空腳。在應用電路中，該引腳必須連接至地。
　　
　　OVERT：漏極開路輸出。實際應用中，當1、4、5、6通道中的某溫度值超越其預先設定的可編程過溫門*，可用來減速或關斷風扇，以及控制CPU時鐘。
　　
　　VCC：電源輸入端。用O．1μF的電容旁路至地。
　　
　　ALERT：漏極開路輸出。用作中斷或SMBus（系統管理總線）報警。
　　
　　SMBDATA：SMBus串行數據輸入／輸出。需要接一個上拉電阻。
　　
　　SMBCLK：SMBus串行時鐘輸入。需要接一個上拉電阻。
　　
　　GND：電源地端。　　
　　1．2性能特點
　　
　　MAX6636的主要功能特點如下：
　　
　　6通道熱二極管輸入；
　　
　　本地溫度傳感器；
　　
　　+60℃～+100℃范圍內遠程測量精度為1℃；
　　
　　溫度監測開始于POR，以實現失效安全系統保護；
　　
　　OVERT和ALERT輸出用于中斷、減速或關斷；
　　
　　STBY輸入用于硬件停機模式；
　　
　　小型20引腳TSSOP封裝；
　　
　　2線制SMBus接口。
　　
　　2、工作原理
　　
　　MAX6636能夠監測其自身溫度，以及外部多達6個二極管連接的晶體管的溫度。所有溫度通道都具有可編程報警門限，通道1、4、5和6還具有可編程過溫門限。當某通道測量到的溫度超過其各自的門限后，狀態寄存器中的狀態位置位。2個漏極開路輸出OVERT和ALERT將根據狀態寄存器中的這些位變為低電平。
　　
　　其2線制串行接口支持標準的SMBus協議：寫字節、讀字節、發送字節和接收字節，以完成讀溫度數據和報警門限編程。
　　
　　MAX6636正常工作時，片內A／D轉換器正常工作。模擬輸入多路選擇器選擇片內溫度傳感器測量本地溫度，或者選擇遠程傳感器測量遠程溫度。這些信號被ADC數字化，其結果存入本地或遠程溫度數值寄存器內。
　　
　　2．1溫度數據格式
　　
　　MAX6636片內ADC的zui低位對應O．125℃，所以ADC可測量范圍是0℃～127．875℃，其溫度數據格式和擴展溫度分辨率如表1和表2所列。　　
　　2．2MAX6636的寄存器
　　
　　MAX6636寄存器用于存儲遠程和當地溫度結果，極限高、低溫度，以及設置和控制器件。
　　
　?。?）當地溫度寄存器
　　
　　當地溫度寄存器地址為07H，POR狀態為00，通過SMBus總線讀當地溫度值。
　　
　?。?）遠程溫度寄存器
　　
　　MAX6636有6個遠程溫度寄存器，地址為01H～06H，通過SMBus總線讀取相應通道的遠程溫度值。
　　
　?。?）結構寄存器
　　
　　MAX6636有3個結構寄存器。
　　
　　結構寄存器l使用了其中的5位：位7是待機模式控制位，置1則MAX6636停止轉換，進入待機模式；位6是復位位，置1則器件復位；位5是暫停使能位，置O則SMBus總線進入暫停狀態；位4是通道1．陜速轉換位，高電平有效；位3是電阻取消位，置1則取消通道1中與熱二極管串聯的電阻，阻值范圍是O～100Ω。
　　
　　結構寄存器2使用了其中的7位：位6是本地報警屏蔽位，置1則屏蔽掉本地通道報警信號；位5～位0是遠程通道屏蔽報警中斷輸出位，高電平有效。
　　
　　結構寄存器3使用了其中的4位：位5、4、3、O分別是通道6、5、4、1過溫報警屏蔽中斷位，高電平有效。
　　
　　（4）狀態寄存器
　　
　　MAX6636同樣有3個狀態寄存器。
　　
　　狀態寄存器1描述的是當地溫度或遠程測量溫度高溫報警位，如果當地溫度或遠程測量的溫度高于ALERT寄存器中設定的高溫門限值，那么相應的位被置1。
　　
　　狀態寄存器2描述的是遠程測量通道1、4、5、6中溫度的過溫報警位。如果這4個通道的遠程測量溫度高于0VERT寄存器中設定的過溫門限值，那么相應的位置1。
　　
　　狀態寄存器3描述的是遠程感測二極管故障位，如果遠程測量通道感測到二極管開路或短路，那么相應的位被置1。
　　
　?。?）極限寄存器
　　
　　MAX6636有11個極限寄存器，包括1個當地高溫報警極限寄存器、6個遠程高溫報警極限寄存器和4個遠程過溫極限寄存器。這些寄存器可以通過SMBus讀／寫。
　　
　　2.3串行總線接口
　　
　　MAX6636作為從器件連接到串行總線上，受主器件的控制。需要注意的是：遠程測量通道1提供11個數據位，zui低有效位是+O．125℃；而其他的通道提供8個數據位，zui低有效位是+1℃。8個zui主要的數據位從當地或遠程溫度寄存器中讀取，遠程測量通道中的其他3個數據位可以從擴展溫度寄存器讀取。
　　
　　2．4器件的編址
　　
　　一般來說，每個SMBus器件有一個7位地址（除一些擴展地址為10位外）。當主器件通過總線發出一個器件的地址時，具有該地址的器件將響應。MAX6636的地址是4D（1001101）。
　　
　　2．LERT報警響應地址
　　
　　SMBus中斷報警響應指針為那些簡單的從器件提供快速、默認的確認方式。對那些缺少復雜邏輯器的器件來說，需要通過一個集線器來連接。在收到一個中斷信號后，主機會發出一個中斷源的地址，具有該地址的器件將響應。
　　
　　ALERT信號能同時響應多個不同器件，這點類似于I2C總線響應。如果多于一個器件的ALERT等待被響應，根據SMBus協定，則有zui低位地址的器件有優先權。一旦MAX6636響應了警告響應地址，只要引起ALERT輸出的錯誤狀態不存在，它將重新設置ALERT輸出。如果SMBus上的ALERT保持低電平，主器件將再次發送中斷請求，直到所有ALERT信號變低的器件被響應。
　　
　　2．6OVERT過溫報警
　　
　　MAX6636有4個遠程過溫極限寄存器用來存儲遠程報警輸出極限值。當測得某通道的溫度值超過其寄存器存儲的極限值時，OVERT就會呈現報警狀態，并且這種狀態將會一直保持，直到其測量值下降到其設定值的4℃以下。這種過溫報警輸出可以用于降溫系統的激勵源，初始化時鐘源，或作為系統自動關機的觸發開關來避免機器因為過熱而帶來的損失。
　　
　　2．7傳感器故障探測
　　
　　在DXP輸入端，MAX6636有一個可探測外部傳感器二極管是否開路的故障探測器。這是一個簡單的電壓比較器，在DXP電壓超過（VCC一1V）時觸發。如果觸發轉換開始時探測到故障，則要檢查比較器輸出和設置狀態寄存器3的第1位～第6位。例如，由于二極管短路，ADC輸出128（11111111）。因為器件正常工作范圍擴展到+127℃，絕不會出現這樣的輸出值，所以它是一種錯誤狀態。
　　
　　MAX6636約4ms探測一次二極管看是否出現故障，一旦探測到有故障，將按照轉換順序進行下一通道的探測。短路二極管可能引起報警中斷的產生，因此未用的通道引腳不應連接。
　　
　　3、應用
　　
　　3．1應用電路
　　
　　MAX6636的典型應用電路如圖2所示，通過一個屏蔽的雙絞線電纜與一個分離的晶體管相連。
　　　　SMBCLK、SMBDATA、ALERT和OVERT需分別通過4．7kΩ的電阻止拉到VCC，SMBCLK和SMBDATA可以直接與I／0控制器（如In820）的SMBus相連。ALERT接控制器的中斷輸入端。OVERT一般與風扇控制電路相連，當有相應的中斷響應后，該端口做出相應的減速或關斷動作。
　　
　　3．2影響精度的因素
　　
　　3．2．1遠程感測二極管
　　
　　MAX6636與嵌入在CPU內的基片晶體管或分立晶體管一起工作。其中，基片晶體管一般是PNP型，其集電極連接到基片上。分立晶體管可以是PNP或NPN連接成二極管型（基極和集電極短接）。如果使用NPN管，集電極和基極連接到DXP，發射極連接到DXN；如果用PNP管，集電極和基極連接到DXN，發射極連接到DXP。許多CPU內有基片晶體管，為了減小它們變化帶來的誤差，需要考慮下列因素：
　　
　?、倬w管的理想因子n。遠程測溫精度主要取決于遠程感測二極管的理想因子n，MAX6636設計的理想因子nN值為1．015。對于實際溫度為TA、理想因子為n的感測二極管，測量溫度為：
　　　　如果將MAX6636應用在理想因子為1．002的CPU上，假設感測二極管沒有接串聯電阻，那么實際溫度為　　
　　對于實際溫度+85℃，測量溫度約為+83．91℃，誤差約為一1．09℃。
　　
　?、诋攤鞲衅魇欠至⑹骄w管時，集電極和基極必須連接在一塊。這種晶體管必須是小信號并且具有相對來說較高的前向電壓，否則A／D輸入電壓范圍就會受到影響。在理想溫度時，前向電壓的zui大值應大于0．25V／10μA，zui小值應小于O．95V／100μA，所以，應用中不能使用大功率晶體管。另外，應確?；鶚O的電阻小于100Ω。
　　
　　3．2．2熱慣性和自熱
　　
　　精度不僅取決于遠程感應二極管和內部溫度傳感器的溫度，也與其他因素有關。當MAX6636測量本地溫度時，導線為PCB上的器件與模板提供了良好的熱接觸。當使用片上傳感器測量某個CPU或其他IC的溫度時，熱慣性實際上對他的影響并不大，在一個轉換周期內，測量溫度值很接近實際值。當用分離遠程晶體管測量溫度時，SOT一23或SC一70這種小封裝器件會獲得*的熱響應時間。在熱源和傳感器間須謹慎考慮熱量坡度問題，確保周圍穿過傳感器封裝的空氣電流不會影響測量的準確度。在相當大的程度上，自熱不會影響測量的準確度，遠程傳感器的自熱取決于二極管電流，可以忽略不計。
　　
　　3．3PCB布線考慮
　　
　　數字電路板常會處于電氣噪聲的環境中，而MAX6636從遠程溫度傳感器測量的電壓很小，所以必須采取措施使傳感器輸入端感應的噪聲減至zui小。為了減小遠程溫度測量誤差，建議遵循以下布局布線原則：
　　
　?、賹AX6636盡可能放在離遠程感測二極管zui近處。假若沒有噪聲源（如時鐘產生器、數據／地址總線和CRT），該距離是10．2～20．4cm。
　　
　　②布線時，不要將DXP和DXN信號線靠近CRT相關的焊盤，也不要將布線路徑選擇在高速數字信號區。
　　
　　③DXP和DXN平行放置且相互靠近。由于PCB的漏電流的存在，如果DXP通過20MΩ的路徑接至地，那么將會產生+1℃的溫升誤差。因此，布線時在DXP和DXN的兩側設置地線，如有可能在印制線下設一地面層。
　　
　?、鼙M量減少可能引起熱電偶效應的銅和焊點的數量。在銅和焊點處，確保DXP和DXN同路徑、同溫度，熱電偶效應可以忽略不計。
　　
　?、萦脤挼囊€以減小感應，降低噪聲，線寬和線距都是10nail（mil為非法定計量單位，1000mil="25"．4mm）。
　　
　　4、結語
　　
　　多通道溫度監測器MAX6636zui顯著的特點是采用微型20引腳TSSOP封裝，能廣泛應用于對芯片體積有嚴格要求的場合。MAX6636將會出現在筆記本電腦中，并且監測下一代CPU，具有很好的應用前景。