TMP102 — цифровой датчик температуры TI в корпусе SOT-563

Выводы

Корпус — SOT-563 по чертежу TI DRL0006A (4223266/F, 11/2024): шесть выводов с шагом 0,5 мм, высота до 0,6 мм. Таблица Package Information называет размер 1,60 × 1,60 мм вместе с выводами, таблица 6-1 — корпус 1,2 × 1,6 × 0,6 мм.

Параметры

По таблицам на с. 4–6: TA = 25 °C, V+ = 1,4–3,6 В, если не указано иное.

Предельные режимы (с. 4): питание до 4 В; SCL, SDA и ADD0 — от −0,5 до 4 В; ALERT — до V+ + 0,3 В и не выше 4 В; рабочая температура −55…+150 °C, кристалл — до 150 °C. Защита от электростатики — ±2000 В по модели тела человека, ±1000 В по модели заряженного прибора. Тепловое сопротивление кристалл — среда в DRL — 240,2 °C/Вт.

Наш вывод: TMP102 — микросхема для шин 1,8–3,3 В. Входы не допускают 5 В, поэтому с 5-вольтовым микроконтроллером нужен преобразователь уровней.

Формат температуры

Регистр температуры — два байта, старший первым; значащие — первые 12 бит (13 в расширенном режиме), младший бит — 0,0625 °C, отрицательные значения — в дополнительном коде. Младший байт можно не читать, если хватает шага 1 °C. Бит D0 второго байта показывает формат: 0 — обычный, 1 — расширенный.

В обычном режиме код 7FFh соответствует 127,9375 °C, и таблица 6-2 даёт его же для 128 °C: 12-битный формат выше +127,9375 °C не показывает. Для измерений до +150 °C включают расширенный режим (бит EM), он же меняет формат порогов THIGH и TLOW. Обычный режим нужен для совместимости с регистрами TMP75 (разд. 6.4.2).

Регистры и режимы

Регистр-указатель выбирает один из четырёх регистров двумя младшими битами (табл. 6-7); остальные биты при записи — нули.

Биты конфигурации: SD — Shutdown после текущего преобразования; OS — однократное измерение из Shutdown (во время преобразования читается 0); TM — термостат: компаратор (0) или прерывание (1); POL — полярность ALERT (по умолчанию активный ноль); F1, F0 — очередь из 1, 2, 4 или 6 подряд идущих превышений; R1, R0 — только чтение, всегда 11 (12 бит); CR1, CR0 — 0,25, 1, 4 или 8 измерений в секунду; AL — состояние компаратора, только чтение; EM — расширенный режим.

После включения или сброса командой General Call датчик сразу начинает преобразование, первый результат готов через 10 мс (тип.). Во время преобразования он берёт 55 мкА, между ними — 2,6 мкА (тип. при +27 °C, разд. 6.4.1). Наш расчёт среднего тока при 4 Гц: (55 мкА · 10 мс + 2,6 мкА · 240 мс) / 250 мс ≈ 4,7 мкА — близко к табличным 4,8 мкА; при 1 Гц — около 3,1 мкА против 3,2 мкА в таблице. В однократном режиме можно делать 80 и больше измерений в секунду: одно преобразование длится 10 мс, чтение — меньше 20 мкс (разд. 6.4.4).

ALERT: компаратор и прерывание

В режиме компаратора (TM = 0) ALERT активен, когда температура достигла THIGH, и остаётся активным, пока не опустится ниже TLOW, — каждый раз после заданного числа подряд идущих превышений. Это готовый термостат с гистерезисом: с порогами по умолчанию он включается при 80 °C и выключается ниже 75 °C. В режиме прерывания (TM = 1) ALERT срабатывает при достижении THIGH и сбрасывается чтением любого регистра, ответом на адрес SMBus Alert Response или переходом в Shutdown; следующий раз он сработает, когда температура упадёт ниже TLOW (разд. 6.5.4).

На команду SMBus Alert (0001 1001) датчик с активным ALERT отвечает своим адресом, а младший бит ответа говорит, что случилось: при POL = 0 ноль — температура не ниже THIGH, единица — ниже TLOW (разд. 6.3.7). Если откликнулись несколько датчиков, арбитраж выигрывает младший адрес. Команда General Call с байтом 06h сбрасывает регистры к значениям после включения (разд. 6.3.8).

Подключение

Схема из раздела 7.2: подтяжки 5 кОм на SCL, SDA и ALERT (ток через каждый вывод — не больше 3 мА), конденсатор 0,01 мкФ между V+ и GND у выводов. Для дополнительного подавления помех TI предлагает RC-фильтр в цепи питания: резистор не больше 5 кОм и конденсатор не меньше 10 нФ (рис. 7-2). Номиналы подтяжек под ёмкость шины — в калькуляторе подтяжек I²C.

Датчик ставят как можно ближе к источнику тепла и хорошо соединяют с ним медью: на рис. 7-4 под датчиком полигон земли, связанный с нагревателем. На плате 0,375 × 0,437 дюйма при погружении в масло 100 °C постоянная времени — 0,8 с (рис. 7-3). Когда нужно измерять температуру воздуха или поверхности, разд. 7.2.2 советует изолировать корпус и выводы от окружающего воздуха; для точного измерения температуры поверхности помогает теплопроводящий клей.

Наш расчёт самонагрева: при 3,3 В и 10 мкА во время обмена на 400 кГц кристалл рассеивает около 33 мкВт, при 240,2 °C/Вт это 0,008 °C — пренебрежимо мало. Заметнее ток подтяжки: 3 мА при 0,4 В на открытом стоке — 1,2 мВт, или до 0,29 °C, пока на линии держится ноль. Поэтому подтяжки делают не меньше расчётных, а опрос — не чаще нужного.

TMP102, TMP117 и MCP9808

Наш вывод: TMP102 выбирают за размер, низкое питание и ток, а не за точность — его гарантированные ±2 °C хуже, чем у MCP9808 и тем более TMP117. Адреса TMP102 и TMP117 совпадают, поэтому на одной шине их суммарно не больше четырёх. Если нужна точность при тех же размерах и выводах, TI называет TMP112: ±0,5 °C при 0…65 °C и ±1 °C при −40…125 °C (табл. 6-1).

Расхождения в документации

• Точность ±0,5 °C. Описание на с. 1 говорит о точности ±0,5 °C без калибровки, а особенности и таблица характеристик гарантируют только ±2 °C (−25…85 °C); ±0,5 °C — типичное значение.
• Диапазон точности. Таблица 6-1 даёт для TMP102 ±2 °C «при 25…85 °C», особенности и таблица характеристик — при −25…85 °C.
• Вывод ADD0. Таблица выводов предлагает подключать ADD0 к GND или V+, а таблица адресов 6-4 и раздел 7.2.1 — ещё и к SDA или SCL.
• Ток в Shutdown. Раздел 6.4.3 — «обычно меньше 0,15 мкА», раздел 6.5.3.1 — «обычно меньше 0,5 мкА», таблица — 0,15 мкА тип. и 0,35 мкА макс.
• Подтяжки к напряжению выше V+. Раздел 7.2.1 разрешает подтягивать SCL и SDA к напряжению «равному или выше V+», но предельные режимы ограничивают эти выводы 4 В: подтяжка к 5 В их нарушает.
• Ссылка на очередь превышений. Раздел 6.5.4 для числа превышений в режиме прерывания ссылается на таблицу 6-5 (частота измерений), хотя очередь задаёт таблица 6-12.