功耗
大多数系统设计人员都非常关心系统的总功耗,电池供电系统尤为如此。对于这些应用领域使用的数字温度传感器来说,规定功耗必须在整个系统功率预算以下。现在市场上的许多数字温度传感器处于工作状态时,仅消耗微安电流。市场上还有一些具有断电引脚或断电寄存器功能的其他器件。它们在断电状态下的耗电可能远不到1mA。因为系统监控活动通常是非连续的,因此设计人员可充分利用“单触发”模式的优势(该模式也是一些数字温度传感器的功能之一)。在“单触发”模式中,该器件的上电时间刚好完成测量,接着随即恢复断电模式。利用这种功能,时间平均耗电量可降至最低。
National公司的LM70数字温度传感器就是一款采用断电寄存器的中等低功耗器件。运行状态下的最大静态电流指标是490μA,但当该器件进入关机模式时,电流消耗通常降至12μA。TI的TMP102采用了“单触发”模式,因此设计人员可轻松地使该器件处于断电状态,其电流消耗通常低于1μA。即使处于工作状态时,该器件也仅消耗10μA静态电流。
考虑系统功耗时,另一个因素是数字温度传感器的电源电压要求。大多数温度传感器的性能指标要求的供电电压范围为2.7~5.5V。有几款器件(如Maxim公司的DS75LX)则专门适于低电压应用,其规范要求的电压范围是1.7V~3.7V。TMP102的性能要求电压可低至1.4V。
接口
大多数数字温度传感器都具有下列两种接口中的一种:I2C或SPI。I2C接口是一种两线总线,可用于与监控器件进行通信的多种系统。它通常以400kb/s 的速度运行,但如果采用有源终端电路,则可以 3.4Mb/s的速度运行。该总线要求单线具有上拉电阻,这使材料清单成本增加很小。利用温度传感器器件上的引脚可将多个传感器装在同一条总线上。一些器件可在出厂时拥有不同的地址,便于通过一台I2C主控制器来控制数个相同的器件。当需要在系统内若干个点进行温度测量时,其作用就显现出来了。
SPI是一种三线或四线接口,具体情况视器件间需要单向通信还是双向通信而定。SPI不支持器件寻址,因此系统内的每个器件都必须拥有与之相连的专门数字线路。来自主系统的这条专线路被称作芯片选择、芯片使能或从属选择,它支持主系统与每个器件进行单独通信。
市场上现有的几款数字温度传感器采用单线接口。这种由Maxim公司最早推出的接口通常被称作“单线”接口。器件、温度传感器等使用局限性限制了这种接口的应用。Maxim公司的DS18B20就是一款利用“单线”接口的典型数字温度传感器。
封装
数字温度传感器厂商提供了多种封装选择,以方便系统设计人员可随时找到适于其系统空间限制的封装。现有封装类型从8引脚SOIC到芯片级封装(CSP)。当尺寸限制不是系统设计的主要因素时,较大封装当然是合适的。CSP 更适于空间有限的应用(如手机),但在生产方面可能存在困难。新上市的器件为采用SOT563封装的器件系列(如TMP102)。它们在实际尺寸方面和CSP相似,甚至高度或Z尺寸方面也很相似。但因其是封装的有引线器件,因此它们在生产环境中更稳健。
结论
在规定限值内运行单个组件是先进系统设计的部分要求。要使高度集成的先进系统始终保持最佳运行需要进行系统监控。具体来说,监控并维持最佳系统温度将决定系统是否能保持稳定。系统临界温度测量首先从选择正确的数字温度传感器开始。只要从精度、分辨率、功耗、接口和封装要求考虑,大多数应用均可找到合适的数字温度传感器。