十位数字温度传感器(AD7416.doc
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十位数字温度传感器（AD7416）和四通道、单通道ADC（AD7417/AD7418）
1.概述
AD7416是有8个管脚的温度监测器。
该温度监测器可通过多路复用器的0通道进行访问。
片上寄存器可编程控制极限温度，当温度超过极限时漏极开路温度过热指示器（OTI）处于工作状态。
AD7417和AD7418分别是10位，4通道和单通道的ADC，其片上温度传感器可用2.7V～5.5V电压供电。
该装置包含一个约15μs的转换器，5通道多路复用器，温度传感器，时钟振荡器，跟踪-保持器和一个2.5V的参考电压。
1.1AD7416/AD7417/AD7418的主要特点
●10位ADC，转换时间15μs和30μs
●单通道和4单通道模拟输入
●片上温度传感器测量范围：
-40℃～+25℃
●片上跟踪-保持
●温度过热指示
●转换结束自动掉电
●供电电压范围：
2.7V～5.5V
●I2C兼容串口
●串行总线地址允许八个AD7416/AD7417连接到一条总线上
●AD7416可代替LM75
1.2管脚说明
AD7416管脚结构如图1所示，表1是其管脚功能说明。
AD7417管脚结构如图2所示，表2是其管脚功能说明。
AD7418管脚结构如图3所示，表3是其管脚功能说明。
图1AD7416管脚结构图
表1AD7416管脚功能说明
管脚号
名称
说明
1
SDA
数字I/O。
双向数据串行总线。
2
SCL
数字输入。
串行总线时钟。
3
OTI
逻辑输出。
当通道0（温度传感器）的转换结果大于温度过热寄存器（OTR）的8位数时，温度过热指示器（OTI）置位。
信号在连续读操作结束时重置。
漏极开路输出。
4
GND
跟踪-保持、比较器和电容DAC、数字电路的参考地。
5
A2
数字输入。
串行总线地址的最高可编程位。
6
A1
数字输入。
串行总线地址的中间可编程位。
7
A0
数字输入。
串行总线地址的最低可编程位。
8
VDD
正向供电电压，2.7V～5.5V。
图2AD7417管脚结构图
表2AD7417管脚功能说明
管脚号
名称
说明
1，16
NC
无连接。
2
SDA
数字I/O，双向数据串行总线。
3
SCL
数字输入，串行总线时钟。
4
OTI
逻辑输出，当通道0（温度传感器）的转换结果大于温度过热寄存器（OTR）的8位数时，温度过热指示器（OTI）置位。
信号在连续读操作结束时重置。
漏极开路输出。
5
REFIN
参考输入，连接外部2.5V参考电压。
若使用片上参考，该引脚应该接地；如果连接了外部参考，应关闭内部参考。
6
GND
跟踪-保持、比较器和电容DAC、数字电路的参考地。
7～10
AIN1到AIN4
模拟输入通道。
AD7417有四个模拟输入通道，且是单端输入。
输入电压在0V到VREF之间。
11
A2
数字输入。
串行总线地址的最高可编程位。
12
A1
数字输入。
串行总线地址的中间可编程位。
13
A0
数字输入。
串行总线地址的最低可编程位。
14
VDD
正向供电电压，2.7V～5.5V。
15
逻辑输入信号，转换开始信号。
信号的上升沿触发器件上电，所需时间为4μs。
图3AD7418管脚结构图
表3AD7418管脚功能说明
管脚号
名称
说明
1
SDA
数字I/O。
双向数据串连行总线。
2
SCL
数字输入。
串行总线时钟。
3
OTI
逻辑输出，当通道0（温度传感器）的转换结果大于温度过热寄存器（OTR）的8位数时，温度过热指示器（OTI）置位。
信号在连续读操作结束时重置。
漏极开路输出。
4
GND
跟踪保持、比较器和电容DAC、数字电路的参考地。
5
AIN
模拟输入通道。
单端输入，输入电压在0V到VREF之间。
6
REFIN
参考输入，连接外部2.5V参考电压。
若使用片上参考，该引脚应该接地；如果连接了外部参考，应关闭内部参考。
7
VDD
正向供电电压，2.7V～5.5V。
8
逻辑输入信号，转换开始信号。
信号的上升沿触发器件上电，所需时间为4μs。
2.工作原理
AD7416/AD7417/AD7418功能模块图分别如图4、图5、图6所示。
图4AD7416功能模块图
图5AD7417功能模块图
图6AD7418功能模块图
2.1ADC转换
通过给输入一个脉冲信号来触发AD7417/AD7418转换。
转换时钟是内部产生的不需要外部时钟，除非从串口读数据或写数据到串口。
片上跟踪-保持部分在信号的下降沿由跟踪模式转变为保持模式。
在自动转换模式下当AD7416/AD7417/AD7418进行读写操作时开始转换。
在这种情况下，内部时钟振荡器在读或写操作结束时置位。
读写操作完成并开始转换后，从跟踪模式到保持模式的转变需要3μs。
15μs或30μs后得到转换结果，这要看选择的是模拟输入通道还是温度传感器。
AD7417/AD7418跟踪-保持的获得时间是400ns。
选择片上的0通道进行温度测量和转换。
完全转换需要30μs。
所有未用的模拟输入端应该接地使功耗达到最低。
2.2温度测量
AD7416/AD7417/AD7418温度测量方法是在不同的电流下测量当前VBE的变化。
如图7所示。
ΔVBE=KT/ln（N）
式中，K是波尔兹曼常数，q是电子电荷（1.6×10－19库仑），T是绝对温度，N是电流比。
图7温度测量电路
图中，为测量ΔVBE，操作电流在I和N×I之间转换。
所得波形通过一个稳定的斩波放大器得到与ΔVBE成比例的直流电压。
该电压通过ADC后以温度的形式输出。
ADC的精度是0.25℃，理论上能测量的温度跨度为255℃，能保证的测量范围是-40℃～+125℃。
转换结果作为16位数存到温度值寄存器中。
温度转换公式用温度值寄存器的高10位来表示：
1.正温度=ADC编码/4
2.负温度=（ADC编码*-512）/4
*MSB从ADC编码中删除。
2.3内部寄存器
AD7417/AD7418有7个内部寄存器，如图8所示。
包括6个数据寄存器和1个地址指针寄存器。
AD7416有5个内部寄存器（缺少ADC和一个结构寄存器）。
2.3.1地址指针寄存器
地址指针寄存器是8位的，存贮数据寄存器的地址。
每个连续写操作的第一个字节是数据寄存器的地址，存贮在地址指针寄存器中。
该寄存器的最后三位进行数据寄存器的选择。
如表4所示。
表5为寄存器地址。
表4地址指针寄存器
P7*
P6*
P5*
P4*
P3*
P2
P1
P0
0
0
0
0
0
寄存器选择
*P3到P7必须置零。
表5寄存器地址
P2
P1
P0
寄存器
0
0
0
温度值（只读）
0
0
1
结构寄存器（读/写）
0
1
0
THYST（读/写）
0
1
1
TOTI
1
0
0
ADC（AD7417/AD7418）
1
0
1
结构寄存器2（AD7417/AD7418）
地址指针寄存器（为读/写操作选择数据寄存器）
温度值寄存器
（只读地址00h）
结构寄存器
（读/写地址01h）
THYST设定值寄存器（读/写地址02h）
TOTI设定值寄存器（读/写地址03h）
ADC寄存器2
（读/写地址04h）
结构寄存器
（读/写地址05h）
串行总线接口
地址
数据
SDA
SCL
图8AD7417/AD7418内部寄存器结构图
2.3.2温度值寄存器（地址00h）
温度值寄存器是16位只读寄存器，前10位存贮从ADC中读取的温度。
第5位到第1位不用。
如表6所示。
表6温度值寄存器
D15
D14
D13
D12
D11
D10
D9
D8
D7
D6
MSB
B8
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
温度数据形式如表7所示。
ADC理论范围从-128℃到+127℃，但是实际上，温度测量范围受器件的操作温度限制。
表7温度数据形式
温度
数字输出
-128℃
1000000000
-125℃
1000001100
-100℃
1001110000
-75℃
1011010100
-50℃
1100111000
-25℃
1110011100
-0.25℃
1111111111
0℃
0000000000
+0.25℃
0000000001
+10℃
0000101000
+25℃
0001100100
+50℃
0011001000
+75℃
0100101100
+100℃
0110010000
+125℃
0111110100
+127℃
0111111100
2.3.3结构寄存器（地址01h）
结构寄存器是8位，读/写寄存器用于设置AD7418/AD7417/AD7418的操作模式。
D7到D5位控制通道选择，如表8所示。
对AD7416来说，这些位应该全设为0。
D4和D3用来设置出错队列的长度。
D2设置OTI输出，D1选择比较器或操作中断模式，D0=1选择停止模式（默认值D0=0）。
表8结构寄存器
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
通道选择
出错队列
OTI极性
比较/中断
停止
AD7416只有一个温度通道，AD7417有4个模拟输入通道和一个温度通道，AD7418有一个温度通道和一个模拟输入通道。
他们的温度通道都是CH0。
AD7418的模拟输入通道是CH4。
表9是通道选择列表，表10是出错队列设置。
表9通道选择
D7
D6
D5
通道选择
0
0
0
温度传感器
0
0
1
AIN1（AD7417）
0
1
0
AIN2（AD7417）
0
1
1
AIN3（AD7417）
1
0
0
AIN4（AD7417和AD7418）
表10出错队列设置
D4
D3
出错数
0
0
1（上电默认）
0
1
2
1
0
4
1
1
6
2.3.4THYST设定值寄存器（地址02h）
THYST设定值寄存器是16位，读/写寄存器高9位存储THYST的设定值，相当于温度值寄存器的高9位，位6到位0位无用。
2.3.5TOTI设定值寄存器（地址03h）
TOTI设定值寄存器是16位的，读/写寄存器的高9位存储TOTI的设定值，相当于温度值寄存器高9位，位6到位0无用。
设定值寄存器如表11所示。
表11设定值寄存器
D15
D14
D13
D12
D11
D10
D9
D8
D7
MSB
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
LSB
2.3.6ADC值寄存器（地址04h）
ADC值寄存器是16位只读寄存器，高10位存储ADC二进制值。
位5到位0无用。
表12是ADC值寄存器的高10位，包括ADC转换请求。
表12ADC值寄存器
D15
D14
D13
D12
D11
D10
D9
D8
D7
D6
MSB
B8
B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
LSB
ADC转换功能：
LSB整数（如1LSB、2LSB等）时进行编码转换。
1LSB=VREF/1024。
AD7417和AD7418的理论转换特性见图9。
图9AD7417和AD7418的理论转换特性
2.3.7结构寄存器2（地址05h）
AD7417和AD7418的第二个结构寄存器包含CONVST。
它是8位的寄存器，D5到D0为零，D7决定AD7417/AD7418是否处于默认模式下（D7=0），每355μs转换一次，或者在管脚模式下（D7=1）进行转换。
位6包含测试位1。
当该位是0时，激活I2C滤波器（默认），是1则不激活。
表10结构寄存器2
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
转换模式
Test1
0
0
0
0
0
0
2.4串行总线地址
AD7416/AD7417/AD7418有7位串口地址，AD7416高4位设为1001，AD7417设为0101，低3位可以通过把A2和A0连接到VDD或GND来设置。
通过设置不同的地址，最多可将8个AD7417/AD7418连接到一条总线上，地址的选择要避免和总线上其他的器件的地址发生冲突。
AD7418的地址高4位设置为0101，低3位全设置为0。
3.应用
3.1风扇控制
图10所示是简单的风扇控制器，当温度超过80℃时开启风扇，当温度低于75℃时关闭风扇。
AD7416可以单独使用，如果需要触发不同温度也可以和串行总线接口一起使用。
如果AD7416和总线接口一起使用，OTI高电平有效，Q1和R1忽略，OTI直接连接到带有上拉电阻R2的Q2门。
图10AD7416作为风扇控制器使用
3.2自动调温器
图11是AD7416作为自动调温器使用时的电路图。
当温度降到THYST以下时，加热器启动；当温度升到TOTI以上时，加热器停止工作。
OTI输出低电平有效。
图11自动调温电路图
3.3多路复用系统AD7418
使用者可以对AD7416的串行总线的低三位进行设置，允许从1001000到1001111的8个不同的地址。
图12所示是连接到串行总线上的8个AD7416系统，他们的OTI输出wire-andedtogether形成一条公共的中断线。
这种结构使得每一个器件都得读到以确定发生了哪一个中断，如果每个器件只需要一个中断，OTI输出可分别连接到I/O片上。
图12多个AD7416连接到一条串行总线上
4.小结
本文主要介绍了AD7416/AD7417/AD7418的特点及工作原理，它们可广泛应用于工业过程控制、自动调温、风扇控制和多路复用系统中。
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