金立石溫度傳感器選擇系統的接口方法

來源：北京金立石儀表科技有限公司 2015年07月23日 10:33

具體來說，數字溫度傳感器的主要組成部件包括一個雙電流源、一個Δ-ΣA/D轉換器、數字邏輯還有一個通向數字器件（比如和一個微處理器或微控制器連接）的串行接口（如I2C總線、SMBus或SPI）。數字溫度傳感器是有兩種：本地或者遠程溫度傳感器，它們均采用某種方法強制兩個成比例的電流通過一個連接成二極管形式的NPN或PNP晶體管，都是用于測量所導致的VBE變化，使用Δ-ΣA/D轉換器對于電壓采樣并將數值轉換成數字格式。強制電流一般采用的是約10:1的比例。通過強制施加比例電流和測量兩個VBE的差值，可消除二極管上IS這一與工藝相關參數的一階效應。
每個溫度傳感器在生產過程中均會進行調整，以便與要使用的二極管的理想參數匹配。遠程二極管的特性取自2N3904/6。由于本地溫度傳感器在硅襯底上只是一個簡單的NPN或PNP結構，遠程溫度傳感器幾乎總是集成一個本地溫度傳感器。因此，遠程傳感器的作用幾乎總是像兩個傳感器一樣。本地溫度傳感器在同一封裝集成了一個熱二極管。對于本地傳感器，根據封裝和位于IC襯底上的本地二極管，熱時間常數（即達到zui終溫度的63.2%所需的時間）為幾分鐘。總線負載過重或轉換過快會造成器件自加熱并影響溫度精度。
溫度數據變為可用所需的時間稱為轉換速率。該速率由器件內部振蕩器和A/D分辨率決定，一般低于100Hz或長于10ms。轉換速率越快，溫度數據可檢索的速度就越快，同時溫度傳感器消耗的功率也就越大。由于存在自加熱效應，轉換速率通常較低。
I2C總線或SMBus溫度傳感器的優點
zui流行的數字溫度傳感器是那些帶有串行總線接口的傳感器。溫度傳感器總線的選擇很大程度上取決于所選微處理器或控制器上有哪些可用的接口。控制器的選擇取決于工程師對其擁有的經驗多少。對于需要經常進行數據流傳輸的系統數據，SPI是，因為它擁有較快的時鐘速率，速率可從幾兆赫茲到幾十兆赫茲。然而，對于系統管理活動，如讀取溫度傳感器的讀數和查詢多個從器件的狀態，或者需要多個主器件共存于同一系統總線上（系統冗余常會要求這一點），或者面向低功耗應用，這時I2C或SMBus將是接口。下面幾部分將介紹每種串行總線及其優缺點。
1.SPI
SPI是一種四線制串行總線接口，為主/從結構，四條導線分別為串行時鐘（SCLK）、主出從入（MOSI）、主入從出（MISO）和從選（SS）信號。主器件為時鐘提供者，可發起讀從器件或寫從器件操作。這時主器件將與一個從器件進行對話。當總線上存在多個從器件時，要發起一次傳輸，主器件將把該從器件選擇線拉低，然后分別通過MOSI和MISO線啟動數據發送或接收。
SPI時鐘速度很快，范圍可從幾兆赫茲到幾十兆赫茲，且沒有系統開銷。SPI在系統管理方面的缺點是缺乏流控機制，無論主器件還是從器件均不對消息進行確認，主器件無法知道從器件是否繁忙。因此，必須設計聰明的軟件機制來處理確認問題。同時，SPI也沒有多主器件協議，必須采用很復雜的軟件和外部邏輯來實現多主器件架構。每個從器件需要一個單獨的從選擇信號。總信號數zui終為n+3個，其中n是總線上從器件的數量。因此，導線的數量將隨增加的從器件的數量按比例增長。同樣，在SPI總線上添加新的從器件也不方便。對于額外添加的每個從器件，都需要一條新的從器件選擇線或解碼邏輯。在地址或命令字節后面跟有一個讀/寫位。數據通過MOSI信號寫入從器件，通過MISO信號自從器件中讀出。
2.I2C總線
I2C是一種二線制串行總線接口，工作在主/從模式。二線通信信號分別為開漏SCL和SDA串行時鐘和串行數據。主器件為時鐘源。數據傳輸是雙向的，其方向取決于讀/寫位的狀態。每個從器件擁有一個*的7或10位地址。主器件通過一個起始位發起一次傳輸，通過一個停止位終止一次傳輸。起始位之后為*的從器件地址，再后為讀/寫位。
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