系统中基于MAX6636的多点温度监测

引 言
    MAX6636是一个多通道的精密温度监测器，它不仅能监测本地温度，并且外部最多能接6个二极管。每一通道都具有可编程过低温度报警，1、4、5和6通道还具有可编程过高温度报警。当某一通道测得的温度达到其预先设定的极限值时，状态寄存器的相应位就会被置位。MAX6636最显著的优点是采用了微型20引脚TSSOP封装，能够监测CPU和其他4个位置的温度，主要应用于台式电脑、笔记本电脑、工作站以及服务器。

1 MAX6636封装及性能特点
1．1 引脚功能
    MAX6636的引脚图如图1所示。MAX6636各引脚功能如下：
    DXPl～DXP6：远程温度传感器的正端。当没有用到远程二极管时，该脚置空或连接到V∝引脚上。在DXP与DXN之间应连接一个2 200 pF的电容滤除噪声。

    DXNl～DXN6：远程温度传感器的负端。该引脚内部是连接到地的。
    STBY：待机模式输入引脚，低电平有效。此时温度值及门限值仍会保留。
    NC：空脚。在应用电路中，该引脚必须连接至地。
    OVERT：漏极开路输出。实际应用中，当1、4、5、6通道中的某温度值超越其预先设定的可编程过温门限时，可用来减速或关断风扇，以及控制CPU时钟。
    VCC：电源输入端。用O．1μF的电容旁路至地。
    ALERT：漏极开路输出。用作中断或SMBus(系统管理总线)报警。
    SMBDATA：SMBus串行数据输入／输出。需要接一个上拉电阻。
    SMBCLK：SMBus串行时钟输入。需要接一个上拉电阻。
    GND：电源地端。
1．2 性能特点
    MAX6636的主要功能特点如下：
    ◆6通道热二极管输入；
    ◆本地温度传感器；
    ◆+60℃～+100℃范围内远程测量精度为1℃；
    ◆温度监测开始于POR，以实现失效安全系统保护；
    ◆OVERT和ALERT输出用于中断、减速或关断；
    ◆STBY输入用于硬件停机模式；
    ◆小型20引脚TSSOP封装；
    ◆2线制SMBus接口。

2 工作原理
    MAX6636能够监测其自身温度，以及外部多达6个二极管连接的晶体管的温度。所有温度通道都具有可编程报警门限，通道1、4、5和6还具有可编程过温门限。当某通道测量到的温度超过其各自的门限后，状态寄存器中的状态位置位。2个漏极开路输出OVERT和ALERT将根据状态寄存器中的这些位变为低电平。
    其2线制串行接口支持标准的SMBus协议：写字节、读字节、发送字节和接收字节，以完成读温度数据和报警门限编程。
    MAX6636正常工作时，片内A／D转换器正常工作。模拟输入多路选择器选择片内温度传感器测量本地温度，或者选择远程传感器测量远程温度。这些信号被ADC数字化，其结果存入本地或远程温度数值寄存器内。
2．1 温度数据格式
    MAX6636片内ADC的最低位对应O．125℃，所以ADC可测量范围是0℃～127．875℃，其温度数据格式和扩展温度分辨率如表1和表2所列。

2．2 MAX6636的寄存器
    MAX6636寄存器用于存储远程和当地温度结果，极限高、低温度，以及设置和控制器件。
    (1)当地温度寄存器
    当地温度寄存器地址为07H，POR状态为00，通过SMBus总线读当地温度值。
    (2)远程温度寄存器
    MAX6636有6个远程温度寄存器，地址为01H～06H，通过SMBus总线读取相应通道的远程温度值。
    (3)结构寄存器
    MAX6636有3个结构寄存器。
    结构寄存器l使用了其中的5位：位7是待机模式控制位，置1则MAX6636停止转换，进入待机模式；位6是复位位，置1则器件复位；位5是暂停使能位，置O则SMBus总线进入暂停状态；位4是通道1．陕速转换位，高电平有效；位3是电阻取消位，置1则取消通道1中与热二极管串联的电阻，阻值范围是O～100Ω。
    结构寄存器2使用了其中的7位：位6是本地报警屏蔽位，置1则屏蔽掉本地通道报警信号；位5～位0是远程通道屏蔽报警中断输出位，高电平有效。
    结构寄存器3使用了其中的4位：位5、4、3、O分别是通道6、5、4、1过温报警屏蔽中断位，高电平有效。
    (4)状态寄存器
    MAX6636同样有3个状态寄存器。
    状态寄存器1描述的是当地温度或远程测量温度高温报警位，如果当地温度或远程测量的温度高于ALERT寄存器中设定的高温门限值，那么相应的位被置1。
    状态寄存器2描述的是远程测量通道1、4、5、6中温度的过温报警位。如果这4个通道的远程测量温度高于0VERT寄存器中设定的过温门限值，那么相应的位置1。
    状态寄存器3描述的是远程感测二极管故障位，如果远程测量通道感测到二极管开路或短路，那么相应的位被置1。
    (5)极限寄存器
    MAX6636有11个极限寄存器，包括1个当地高温报警极限寄存器、6个远程高温报警极限寄存器和4个远程过温极限寄存器。这些寄存器可以通过SMBus读／写。
2.3 串行总线接口
    MAX6636作为从器件连接到串行总线上，受主器件的控制。需要注意的是：远程测量通道1提供11个数据位，最低有效位是+O．125℃；而其他的通道提供8个数据位，最低有效位是+1℃。8个最主要的数据位从当地或远程温度寄存器中读取，远程测量通道中的其他3个数据位可以从扩展温度寄存器读取。
2．4 器件的编址
    一般来说，每个SMBus器件有一个7位地址(除一些扩展地址为10位外)。当主器件通过总线发出一个器件的地址时，具有该地址的器件将响应。MAX6636的地址是4D(1001101)。
2．5 ALERT报警响应地址
    SMBus中断报警响应指针为那些简单的从器件提供快速、默认的确认方式。对那些缺少复杂逻辑器的器件来说，需要通过一个集线器来连接。在收到一个中断信号后，主机会发出一个中断源的地址，具有该地址的器件将响应。 
    ALERT信号能同时响应多个不同器件，这点类似于I2C总线响应。如果多于一个器件的ALERT等待被响应，根据SMBus协定，则有最低位地址的器件有优先权。一旦MAX6636响应了警告响应地址，只要引起ALERT输出的错误状态不存在，它将重新设置ALERT输出。如果SMBus上的ALERT保持低电平，主器件将再次发送中断请求，直到所有ALERT信号变低的器件被响应。
2．6 OVERT过温报警
    MAX6636有4个远程过温极限寄存器用来存储远程报警输出极限值。当测得某通道的温度值超过其寄存器存储的极限值时，OVERT就会呈现报警状态，并且这种状态将会一直保持，直到其测量值下降到其设定值的4℃以下。这种过温报警输出可以用于降温系统的激励源，初始化时钟源，或作为系统自动关机的触发开关来避免机器因为过热而带来的损失。
2．7 传感器故障探测
    在DXP输入端，MAX6636有一个可探测外部传感器二极管是否开路的故障探测器。这是一个简单的电压比较器，在DXP电压超过(VCC一1V)时触发。如果触发转换开始时探测到故障，则要检查比较器输出和设置状态寄存器3的第1位～第6位。例如，由于二极管短路，ADC输出128(1111 1111)。因为器件正常工作范围扩展到+127℃，绝不会出现这样的输出值，所以它是一种错误状态。
    MAX6636约4 ms探测一次二极管看是否出现故障，一旦探测到有故障，将按照转换顺序进行下一通道的探测。短路二极管可能引起报警中断的产生，因此未用的通道引脚不应连接。

3 应 用
3．1 应用电路
    MAX6636的典型应用电路如图2所示，通过一个屏蔽的双绞线电缆与一个分离的晶体管相连。

    SMBCLK、SMBDATA、ALERT和OVERT需分别通过4．7 kΩ的电阻止拉到VCC，SMBCLK和SMBDATA可以直接与I／0控制器(如Intel 820)的SMBus相连。ALERT接控制器的中断输入端。OVERT一般与风扇控制电路相连，当有相应的中断响应后，该端口做出相应的减速或关断动作。
3．2 影响精度的因素
3．2．1 远程感测二极管
    MAX6636与嵌入在CPU内的基片晶体管或分立晶体管一起工作。其中，基片晶体管一般是PNP型，其集电极连接到基片上。分立晶体管可以是PNP或NPN连接成二极管型(基极和集电极短接)。如果使用NPN管，集电极和基极连接到DXP，发射极连接到DXN；如果用PNP管，集电极和基极连接到DXN，发射极连接到DXP。许多CPU内有基片晶体管，为了减小它们变化带来的误差，需要考虑下列因素：
    ①晶体管的理想因子n。远程测温精度主要取决于远程感测二极管的理想因子n，MAX6636设计的理想因子nN值为1．015。对于实际温度为TA、理想因子为n的感测二极管，测量温度为：

   
    如果将MAX6636应用在理想因子为1．002的CPU上，假设感测二极管没有接串联电阻，那么实际温度为

   
    对于实际温度+85℃，测量温度约为+83．91℃，误差约为一1．09℃。
    ②当传感器是分立式晶体管时，集电极和基极必须连接在一块。这种晶体管必须是小信号并且具有相对来说较高的前向电压，否则A／D输入电压范围就会受到影响。在理想温度时，前向电压的最大值应大于0．25 V／10μA，最小值应小于O．95 V／100μA，所以，应用中不能使用大功率晶体管。另外，应确保基极的电阻小于100Ω。
3．2．2 热惯性和自热
    精度不仅取决于远程感应二极管和内部温度传感器的温度，也与其他因素有关。当MAX6636测量本地温度时，导线为PCB上的器件与模板提供了良好的热接触。当使用片上传感器测量某个CPU或其他IC的温度时，热惯性实际上对他的影响并不大，在一个转换周期内，测量温度值很接近实际值。当用分离远程晶体管测量温度时，SOT一23或SC一70这种小封装器件会获得最佳的热响应时间。在热源和传感器间须谨慎考虑热量坡度问题，确保周围穿过传感器封装的空气电流不会影响测量的准确度。在相当大的程度上，自热不会影响测量的准确度，远程传感器的自热取决于二极管电流，可以忽略不计。
3．3 PCB布线考虑
    数字电路板常会处于电气噪声的环境中，而MAX6636从远程温度传感器测量的电压很小，所以必须采取措施使传感器输入端感应的噪声减至最小。为了减小远程温度测量误差，建议遵循以下布局布线原则：
    ①将MAX6636尽可能放在离远程感测二极管最近处。假若没有噪声源(如时钟产生器、数据／地址总线和CRT)，该距离最好是10．2～20．4cm。
    ②布线时，不要将DXP和DXN信号线靠近CRT相关的焊盘，也不要将布线路径选择在高速数字信号区。
    ③DXP和DXN平行放置且相互靠近。由于PCB的漏电流的存在，如果DXP通过20 MΩ的路径接至地，那么将会产生+1℃的温升误差。因此，布线时最好在DXP和DXN的两侧设置地线，如有可能在印制线下设一地面层。
    ④尽量减少可能引起热电偶效应的铜和焊点的数量。在铜和焊点处，确保DXP和DXN同路径、同温度，热电偶效应可以忽略不计。
    ⑤用宽的引线以减小感应，降低噪声，线宽和线距最好都是10 nail(mil为非法定计量单位，1000 mil=25．4 mm)。

结 语
    多通道温度监测器MAX6636最显著的特点是采用微型20引脚TSSOP封装，能广泛应用于对芯片体积有严格要求的场合。MAX6636将会出现在笔记本电脑中，并且监测下一代CPU，具有很好的应用前景。