LM99 精确±1摄氏度，高温，远程二极管 双线接口温度传感器

一般说明

LM99是一个11位远程二极管温度传感器一个2线制系统管理总线（SMBus）串行接口。LM99精确测量：（1）自身温度和（2） 远程二极管连接晶体管的温度如2N3904或热二极管图形处理器单元（GPU）、计算机处理器单元（CPU或其他ASIC。LM99远程二极管温度传感器将温度从遥感器向下移动16摄氏度并在该温度下运行：接触二极管结=TLM99+16 303C本地温度读数不需要偏移。LM99有一个偏移寄存器，它提供一种方法用于精确匹配各种热二极管。LM99和LM99-1功能相同但不同SMBus从地址。这允许每一个打开一个同一时间同一辆公共汽车。当任何温度超出由HIGH设置的预编程窗口时，警报输出激活低温极限记录或超过T_CRIT温度限制。当任何温度超过T_CRIT编程极限。

特征

准确地感应远程二极管的温度

偏移寄存器允许使用各种热二极管

车载局部温度传感

10位加号远程二极管温度数据格式，0.125摄氏度分辨率

T_CRIT_A有助于系统关机的输出

警报输出支持SMBus 2.0协议

SMBus 2.0兼容接口，支持超时

8针MSOP封装

主要规格

电源电压3.0 V至3.6 V

电源电流0.8毫安（典型值）

局部温度精度（包括量化误差）TA=25摄氏度至125摄氏度±3.0摄氏度（最大值）

远程二极管温度精度（包括量化错误）

TA=30°C至50°C，TD=120°C至140°C±1.0°C（最大值）

TA=0°C至85°C，TD=25°C至140°C±3.0°C（最大值）

应用

图形处理器热管理

计算机处理器热管理

电子测试设备

办公电子

绝对最大额定值（注1）

电源电压-0.3 V至6.0 V

SMBData、SMBCLK处的电压，警报，T_CRIT_A−0.5 V至6.0 V其他针脚处的电压-0.3 V至（VDD+0.3伏）

D-输入电流±1毫安

所有其他引脚的输入电流（注2）±5毫安

包输入电流（注2）30毫安

SMBData，警报，T_CRIT_A输出

汇电流10毫安

储存温度-65°C至+150摄氏度

焊接信息，铅温度MSOP-8包（注3）

气相（60秒）215℉

红外线（15秒）220摄氏度

静电放电敏感性（注4）

人体模型2000 V

机器型号200 V

运行额定值（注1、5）

工作温度范围：0°C至+125°C

电气特性

温度范围TMIN≤TA≤TMAX

LM99 0摄氏度≤TA≤+85摄氏度

电源电压范围（VDD）+3.0 V至+3.6 V

温度-数字转换器特性

除非另有说明，否则这些规范适用于VDD=+3.0 Vdc至+3.6 Vdc。粗体限制适用于TA=TJ=TMIN≤TA≤TMAX；除非另有说明，否则所有其他限值TA=TJ=+25摄氏度。

SMBus数字开关特性

除非另有说明，否则这些规范适用于输出线上的VDD=+3.0 Vdc至+3.6 Vdc，CL（负载电容）=80普法。黑体限制适用于TA=TJ=TMIN至TMAX；所有其他限制TA=TJ=+25°C，除非另有说明。LM99的开关特性完全满足或超过SMBus 2.0版的发布规范。以下参数是SMBCLK和与LM99相关的SMBData信号之间的时序关系。他们坚持但不是必须符合SMBus总线规范

注1：绝对最大额定值表示设备可能损坏的极限。操作时不适用直流和交流电气规范超出额定工作条件的装置。

注2：当任何引脚的输入电压（VI）超过电源（VI<GND或VI>VDD）时，该引脚的电流应限制在5毫安。寄生元件和/或ESD保护电路如下图所示，适用于LM99管脚。D3的标称击穿电压为6.5 V。注意不要使寄生二极管D1正向偏置，出现在引脚：D+，D-。如果超过50毫伏，可能会损坏温度测量。

注3：见网址“http://www.national.com/packaging/“对于焊接表面贴装设备的其他建议和方法。

注4：人体模型，100 pF通过1.5 kΩ电阻放电。机器型号，200 pF直接排入每个管脚。

注5：当连接到带有2盎司箔的印刷电路板时，与环境的热阻连接：–MSOP-8=210摄氏度/瓦

注6：典型值为TA=25°C，代表最有可能的参数范数。

注7：限额保证为国家的AOQL（平均出厂质量水平）。

注8：局部温度精度不包括自加热的影响。自热引起的温度上升是内部能量的产物LM99的损耗和热阻。自热计算中使用的热阻见（注5）。

注9：SMBus不会显著增加静态电流。

注10：本规范仅用于说明温度数据的更新频率。LM99可以随时读取，而不考虑转换状态（并将产生最后的转换结果）。

注11：通电时设置的默认值。

注12：输出上升时间测量范围为（车辆识别号（0）最大+0.15 V）至（车辆识别号（1）最小-0.15 V）。

注13：输出下降时间的测量范围为（车辆识别号（1）分钟-0.15伏）至（车辆识别号（1）分钟+0.15伏）。

注14：将SMBData和/或SMBCLK行保持在较低的时间间隔（大于tTIMEOUT）将重置LM99的SMBus状态机，因此设置SMBData和SMBCLK引脚处于高阻抗状态。

1.0功能描述

LM99温度传感器包含一个增量VBE基于本地或远程二极管的温度传感器以及一个10位加号∏∑ADC（Delta-Sigma模数转换器）。LM99与串行SMBus版本2.0双线接口。数字比较器将测得的局部温度（LT）与局部温度（LT）进行比较高（LHS）、低（LLS）和低（LCS）用户可编程温度限制寄存器。被测量的远程温度（RT）与远程高温（RHS）、远程低温（RLS）和远程温度临界值进行数字比较（RCS）用户可编程温度限制寄存器。警报输出的激活表示比较大于T_CRIT或HIGH limit中预设的极限寄存器或小于下限寄存器中预设的限值。T_CRIT_A输出响应为一个真正的比较器内置滞后。磁滞由放置的值设置在滞后寄存器（TH）中。当温度高于临界温度设定点时，T_CRIT_A occurs激活。Túu CRIT戋A保持激活状态，直到温度低于T戋u CRIT戋TH计算的设定值。迟滞寄存器影响远程温度和本地温度读数。LM99的功耗很低（关机）模式，通过设置配置寄存器。在关机模式下，LM99当所有不需要的电路关闭。本地温度读数和设定点数据寄存器宽8位。11位远程温度的格式数据是一个16位左对齐字。两个8位寄存器，高为每个设定点以及温度读数。两个偏移寄存器（RTOLB和RTOHB）可用于补偿非理想误差，在第4.1节二极管非理想性中进一步讨论。报告的远程温度读数通过从实际温度中减去或加到实际温度，读取放在偏移寄存器中的值。

1.1转换顺序

LM99大约需要31.25毫秒来转换本地温度（LT）、远程温度（RT）和更新所有寄存器。只有在转换过程中，状态寄存器（02h）中的忙位（D7）才是高的。这些转换以循环顺序进行。转换率可由Con  version rate Register（04h）修改。当转换率为修改在转换之间插入延迟；但是，实际转换时间保持在31.25毫秒。不同转换率将导致LM99绘制不同的供应量如图2所示。

1.2警报输出

LM99的警报引脚是一个有效的低开漏输出由外部温度转换触发的由温度设定点寄存器定义的限值。警报输出的重新设置取决于所选使用方法。LM99的警示针是多功能的提供三种不同的使用方法系统设计者：作为温度比较器，作为基于温度的中断标志，作为SMBus的一部分警报系统。下面将进一步说明这三种使用方法。警报和中断方法仅在用户如何与LM99交互方面有所不同。每个温度读数（LT和RT）都与临界设定值寄存器（LCS、RCS）、高设定值寄存器（LHS和RHS）和低设定值寄存器（LLS和RLS）。在每次温度读数结束时比较确定读数是否高于高或T_CRIT设定点或低于其低设定点。如果是的话，设置状态寄存器中的相应位。如果警报掩码位不高，状态中设置的任何位注册，除了忙（D7）和打开（D2），将导致警报输出拉低。任何超出温度设定值寄存器将触发警报。另外，配置寄存器中的警报掩码位必须清除才能在所有模式下触发警报。

1.2.1作为温度比较器的警报输出

当LM99在一个系统中实现时通过中断程序提供服务，警报输出可以是用作温度比较器。在这种方法下一旦触发警报变低的条件是警报不再存在，将取消断言（图3）。为了例如，如果警报输出由LT>LHS的compari  son激活，则当此条件不再为真时警报将返回高位。此模式允许在没有软件干预，一旦在设置过程中配置了所有寄存器。为了将警报用作温度比较器，在过滤器和警报配置寄存器（xBF）必须定高。这不是开机默认状态。

1.2.2作为中断的警报输出

LM99的警报输出可以简单地实现为用于触发中断服务的中断信号例行公事。在这种系统中，中断标志是不可取的在中断服务期间或之前重复触发例行程序已完成。在这种操作方法下，在读取状态寄存器期间，LM99将设置警报屏蔽位（配置寄存器的D7）（如果有）设置状态寄存器中的位，但忙（D7）和打开（D2）。这样可以防止进一步的警报触发，直到主机重置警报屏蔽位中断服务程序的结束。仅当从master（参见图4）将在如果触发条件持续存在，则进行下一次转换。在将警报用作专用中断的命令信号，滤波器中的位D0（警报配置位）和警报配置寄存器（xBF）必须设置为低。这是开机默认状态。以下序列描述系统的响应使用警报输出引脚作为中断标志：

1.主感官警报低

2.主机读取LM99状态寄存器，以确定引起警报的原因

3.LM99清除状态寄存器，重置警报高并设置警报掩码位（配置寄存器中的D7）。

4.注意引起警报的情况被触发。风扇启动，设定点限制调整等。

5.Master重置警报掩码（配置中的D7注册）。

1.2.3作为SMBus警报输出的警报

当警报输出连接到一个或多个警报时其他SMBus兼容设备和主机的输出，已创建SMBus警报行。根据这一实施，应使用ARA（警报）操作LM99警报响应地址）协议。SMBus 2.0 ARA协议，SMBus规范2.0中定义了一个程序，用于帮助主程序解决生成的部件一种中断和服务，当妨碍系统时中断尽量少操作。SMBus警报线连接到所有的设备都在总线上，并将它们连接在一起。这个ARA是一种方法，通过一个命令SMBus主服务器可以识别哪个部分正在拉SMBus警报线降低并防止它再次拉低触发条件。当收到ARA命令时总线上的所有设备，拉SMBus警报的设备低线，第一，把他们的地址发给主人，第二，识别成功后释放SMBus警报行他们地址的传送。

SMBus 1.1和2.0规范声明

确认后发送至ARA（警报响应地址设备必须解除其SMBALERT的从属地址下拉菜单”。此外，“如果主机仍然看到SMBALERT低当消息传输完成时，它知道又是ARA”。这个SMBus“脱离SMBALERT”要求防止锁定SMBus警报线。Com 有竞争力的部分可以解决这个“SMBALERT的分离”要求不同于LM99或根本没有。中小企业执行ARA协议的系统LM99将完全兼容所有竞争部件。LM99通过设置警报屏蔽位（配置寄存器中的位D7，位于地址09h）成功发送地址后响应ARA并释放警报输出引脚。一旦激活警报屏蔽位，警报输出引脚将被禁用，直到软件启用。为了使主机必须读取状态寄存器的警报，在地址02h，中断服务程序期间，然后将配置寄存器中的警报掩码位重置为0中断服务程序的结束。以下序列描述了ARA响应协议

1.0功能描述（续）

1.主传感器SMBus警报线低

2.主机发送一个开始，然后是警报响应带有读取命令的地址（ARA）。

3.警报设备发送确认。

4.警报设备发送其地址。传输时他们的地址、警报装置能感知他们的广告服是否被正确传输。（LM99将重置其警报输出并设置警报掩码位一次其完整地址已成功传输。）

5.主/从NoACK

6.主发送停止

7.注意引起警报的情况被触发。状态寄存器为read和fan启动、调整设定点限制等。

8.Master重置警报掩码（配置中的D7注册）。

ARA，0001100是一个通用的呼叫地址。没有设备应该被分配到这个地址。过滤器和警报中的位D0（警报配置位）配置寄存器（xBF）必须设置为低，以便LM99响应ARA命令。可以通过设置警报来禁用警报输出配置寄存器的掩码位D7。打开电源默认设置为具有警报掩码位和警报配置位低。

1.3 T_CRIT_A输出和T_CRIT极限

当任何温度读数为大于临界温度设定点寄存器（TèCRIT）中预设的极限值，如图6所示。地位可以读取寄存器以确定导致警报。状态寄存器中的一位设置为高，以指示哪个温度读数超过T_CRIT设定点温度和引起报警，见第2.3节。本地和远程温度二极管由A/D转换器按顺序采样。T_CRIT_A输出和状态寄存器标志在每个本地和远程温度转换。T_CRIT_A遵循比较状态，当温度下降时重置低于设定值RCS-TH。状态寄存器标志是只有在状态寄存器被读取且温度转换低于临界设定值时，才能复位，如如图6所示。

1.4开机复位默认状态

LM99总是通电到这些已知的默认状态。这个LM99在第一次转换之前一直处于这些状态。

1.命令寄存器设置为00h

2.当地温度设置为0 303C

3.远程二极管温度设置为0摄氏度，直到结束第一次转变。

4.状态寄存器设置为00h。

5.配置寄存器设置为00h；警报启用、远程临界报警启用和本地临界报警启用

6.85摄氏度本地温度设定值

7.110摄氏度远程温度设定值（126摄氏度远程二极管结温度）

8.70摄氏度本地和远程高温设定值

9.0摄氏度本地和远程低温设定值

10.过滤器和警报配置寄存器设置为00h；过滤器禁用，警报输出设置为SMBus警报

11.转换率寄存器设置为8h；转换率设置至16转换/秒。

1.5 SMBus接口

LM99作为SMBus上的奴隶运行，因此SMBCLK线是一个输入，SMBData线是双向的。LM99从不驱动SMBCLK线路不支持时钟拉伸。根据SMBus规格，LM99有一个7位从机地址。所有位A6通过A0是内部编程的，不能由软件或硬件更改。LM99和LM99-1具有以下从机地址：

1.6温度数据格式

温度数据只能从本地和远程温度寄存器；设定点寄存器（T_CRIT，LOW，HIGH）是读/写的。

1.0功能描述（续）

远程温度数据用11位2表示LSB（最低有效位）等于的补码至0.125摄氏度。数据格式为左对齐的16位字有两个8位寄存器：

本地温度数据用8位2表示用LSB补码字节（最低有效位）等于1摄氏度：

1.7开漏输出

SMBData、ALERT和T_CRITúu A输出是开放的漏极输出，没有内部上拉。高水平直到上拉电流为由一些外部源提供，通常是一个上拉式电阻。电阻值的选择取决于许多系统factors，但通常，上拉电阻应与可能的。这将使内部温度读数最小化由于LM99内部加热导致的错误。最大值上拉电阻提供2.1V高电平，基于关于LM99高电平输出电流规范3.0V时的电源电压为82 kΩ（5%）或88.7 kΩ（1%）。

1.8二极管故障检测

LM99配备了操作电路，用于检测与远程二极管有关的故障情况。在检测到D+引脚对VDD短路或浮动，远程温度高字节（RTHB）寄存器加载+127摄氏度，远程温度低字节（RTLB）寄存器加载0，打开位（D2）在状态寄存器已设置。因此，如果远程T_CRIT设定值寄存器（RCS）被设置为小于+127摄氏度的值警报和T}u Crit输出引脚将被拉低，如果警报面具和暴击面具被禁用。如果遥控器处于高位设定值高字节寄存器（RHSHB）设置为小于高于+127摄氏度，则警报将被拉低，如果警报面罩已禁用。开放位本身不会触发和警报。如果D+触针对地短路或D-，则加载远程温度高字节（RTHB）寄存器在-128摄氏度（1000 0000）和开位（D2）状态下不会设置寄存器。自LM99在-128摄氏度下运行以来超过了操作极限，这个温度读数表示此短路故障情况。如果远程低设定点高字节寄存器（RLSHB）更多低于-128摄氏度且警报屏蔽被禁用，警报将为拉低了。已预先发布的远程二极管温度传感器，与LM99输出a竞争如果外部二极管短路，则代码为0摄氏度。这个改变是一种改进，允许读数为0摄氏度真正被解释为0摄氏度读数，而不是故障条件。

1.0功能描述（续）

1.9与LM99通信LM99中的数据寄存器由命令寄存器选择。通电时，命令寄存器设置为“00”，读取本地温度寄存器的位置。命令寄存器锁定最后设置的位置到。LM99中的每个数据寄存器分为四种类型之一用户可访问性：

1.只读

2.只写

3.读/写同一地址

4.读/写不同地址

对LM99的写入将始终包括地址字节和命令字节。对任何寄存器的写入都需要一个数据字节。读取LM99可以通过以下两种方式之一进行：

1.如果锁定在命令寄存器中的位置是正确的（大多数情况下，命令寄存器将指向其中一个读取温度寄存器，因为这将是最常读取的数据从LM99），则读取可以简单地包括地址字节，然后检索数据字节。

2.如果需要设置命令寄存器，则地址字节、命令字节、重复开始和另一个地址字节将完成读取。数据字节首先具有最高有效位。结束时读，LM99可以接受确认或否从主机确认（通常没有确认用作从机的信号，主机已读取其最后一个字节）。用LM99 31.25毫秒测量远程二极管和内部二极管的温度。从先前的远程二极管温度测量中检索所有10位，主机必须确保所有10位从相同的温度转换。这可能是通过使用单发模式或通过设置转换速率和监视忙位以使没有转换来实现在读取最后一个的MSB和LSB之间发生温度转换。

1.10串行接口复位

如果在LM99正在SMBData线上传输，LM99必须返回到通信协议中的已知状态。这可以通过以下两种方式之一实现：

1.当SMBData低时，如果SMBData中的任何一个或者SMBCLK保持在低位超过35ms（tTIM  out）。注意，根据SMBus规范2.0所有当SMBCLK或SMBData线路保持低位25-35ms。因此确保SMBCLK总线上的所有设备超时或SMBData行必须保持低位至少35 ms。

2.当SMBData高时，让主服务器启动SMBus启动。LM99将正确响应SMBus在通信过程中的任意点启动条件。启动后，LM99将期待一个SMBus地址地址字节。

1.0功能描述（续）

1.12故障队列

为了抑制错误警报或T}CRIT触发LM99包含一个故障队列。故障队列动作确保远程温度测量是真实的通过不触发而超过高、低或T_CRIT设定值直到连续三次超限测量制造，见图10。故障队列默认为通电，可通过设置配置寄存器（09h）至“1”。1.13一次性寄存器一次寄存器用于启动一次转换以及设备处于待机状态时的比较周期，之后，设备返回待机状态。这不是数据寄存器，它是导致一次触发的写入操作转换。写入此地址的数据不相关，并且未存储。将始终从该寄存器中读取零。

程序提示

LM99可以很容易地应用于其他集成电路温度传感器及其远程二极管传感能力也允许它以新的方式使用。它可以焊接到印刷电路板上，因为最佳导热系数的路径是在模具和别针，它的温度实际上是印刷品的温度电路板焊到LM99的引脚上并留下痕迹。这假设环境空气温度几乎是与印刷电路板表面温度相同；如果空气温度远高于或低于表面温度，的实际温度LM99模具将处于表面和空气温度。再一次，一次热传导路径是通过导线，所以电路板温度对模具温度的影响很大比气温还要高。要测量LM99模具外部的温度，请使用远程二极管。这个二极管可以位于目标IC，允许测量IC的温度，与LM99的温度无关。LM99已经优化以测量NVIDIA®GeForce™FX系列热二极管。请记住，分立二极管的温度将受到其引线温度的影响，并且通常受其支配。

二极管非理想性

二极管非理想因素对精度的影响当晶体管作为二极管连接时，如下变量VBE、T和If之间的关系成立：

q=1.6x10−19库仑（电子电荷），

T=绝对温度（单位：开尔文）

k=1.38x10−23焦耳/k（玻尔兹曼常数），

η是二极管过程的非理想因素生产日期，

IS=饱和电流，取决于过程，

If=通过基极发射极结的正向电流

VBE=基极发射极电压降

在活动区，-1项可以忽略不计，可以是排除，得出以下方程式

在上述等式中，η和IS取决于用于制造特殊二极管。以非常可控的比率强迫两个电流（N）测量得到的电压差以消除IS术语。求解正向电压差异产生关系：

LM99所看到的电压还包括IFRS电压串联电阻下降。非理想因素η是唯一的其他参数没有考虑并且依赖于用于测量的二极管。因为∏VBE是与η和T成比例，η的变化不能是区别于温度的变化。由于非理想因素不受温度传感器控制，因此会直接增加传感器的不准确度。作为例如，假设温度传感器具有室温为25℃时，规格为±1℃；以及用于制造二极管的工艺不理想变化±0.1%。室温下温度传感器的最终精度为：TACC=±1度数C+（298度数K的±0.1%）=±1.4度数C温度测量中的附加误差如果每个温度传感器使用将与之配对的远程二极管进行校准。

二极管非理想性补偿

为了补偿由非理想性引起的误差，温度传感器被校准为处理器。国家半导体温度传感器始终校准到给定处理器类型的典型非理想状态。LM99被校准为NVIDIA GeForceFX系列热二极管。当为特定处理器类型校准的温度传感器与不同的处理器类型或给定的处理器一起使用类型具有偏离典型的非理想性错误。与非理想性相关的温度误差可通过使用偏移寄存器（11h和12h）。见偏移寄存器下表。要求进一步了解我们推荐的设置不同处理器类型的偏移寄存器。

在嘈杂的环境中，例如处理器主板，布局考虑非常关键。噪声产生于在远程温度二极管传感器和LM99之间运行的记录道可能导致温度转换错误。请记住，LM99试图达到的信号电平测量单位为微伏。应遵循以下准则跟着：

1.将0.1μF电源旁路电容器置于关闭位置尽可能使用VDD引脚和推荐的2.2 nF电容器尽可能靠近LM99的D+和D-别针。确保2.2nF电容器的记录道匹配。

2.理想情况下，LM99应放置在处理器二极管管脚的轨迹是直的，尽可能短且相同。跟踪电阻1Ω可能导致多达1摄氏度的误差。这个错误可以是使用远程温度补偿寄存器，因为放在这些寄存器中的值将自动从遥控器中减去或添加到遥控器中温度读数。

3.二极管迹线应被GND保护环包围在任何一边，如果可能的话在上面和下面。这个GND防护罩不应位于D+和D-线之间。在如果噪声与二极管线路耦合如果它是耦合共模，那就很理想了。也就是说D+和D-线。

4.避免在靠近电源的地方布线二极管的轨迹提供开关电感或滤波电感。

5.避免运行接近或平行于高的二极管跟踪速度数字和总线线路。应保留二极管痕迹距离高速数字记录道至少2厘米。

6.如果有必要跨越高速数字记录道二极管跟踪和高速数字跟踪应该以90度角交叉。

7.连接LM99的GND引脚的理想位置是尽可能靠近相关的处理器GND用感应二极管。

8.应保持D+和GND之间的泄漏电流到最低限度。一毫安的泄漏会导致二极管温度读数误差高达1摄氏度。保持印刷电路板尽可能干净将使泄漏电流最小化。大于400 mVp-p的数字线路中的噪声耦合（典型滞后）和低于500 mV的下冲GND，可能会阻止SMBus与LM99。SMBus不承认是最常见的症状，造成公共汽车上不必要的交通。尽管SMBus最大通信频率低（最大100 kHz），仍需注意确保系统内的正确终端，多个部件位于总线和长印制电路板痕迹。RC低通3db角频率约为40mhz的滤波器包含在LM99的SMBCLK输入中。附加阻力可以与SMBData和SMBCLK行串联添加以进一步帮助过滤噪音和铃声。通过保持开关电源中的数字轨迹，将噪音降至最低以及确保数字线路包含速度数据通信与SMBData和SMBCLK行。