SD5020A

SD5020 单总线数字温度传感器 特点 12 位数字温度读数，分辨率为 0.0625℃  在-10℃ ~ +85℃范围内最大误差±0.8℃  在-55℃ ~ +125℃范围内最大误差±1.5℃  单总线通信接口，带 CRC 校验功能  可设置 40 位的从机通信地址  提供过温报警功能，可设置阈值及迟滞量  工作电压范围 2.7V~ 5.5V  管脚兼容 DS18B20  描述 SD5020 是一款高准确度温度传感器芯片。 支持单总线通信，输出 12 位数字温度读数，在 -10℃~ +85℃范围内典型误差小于±0.5℃，在 -55℃~ +125℃范围内典型误差小于±0.8℃。 过温报警阈值和报警恢复迟滞阈值可通过寄存 器设定。 注意 SD5020 替换 DS18B20 需要做通信协 议修改；因为本芯片内部没有 EEPROM，配置 寄存器、迟滞阈值寄存器和过温阈值寄存器的 掉电保存功能不支持，不过可以通过预先烧录 到 SD5020 芯片内部的 OTP 来实现这些寄存器 的掉电保存；另外如果使用到总线供电功能， 需要加外围电路。 应用领域 温控系统、工业过程控制、电源热保护、 环境温度检测等 订购信息 封装形式 订货名称 TO-92 SD5020A SOP8 SD5020B 每颗芯片可设置一个长达 40 位的独特地 址，适用于多从机通信系统。 NC NC NC 5 3 SDIC XX 5020B VDD SD5020A底面图 1 2 3 4 GND DIO 6 NC GND 7 NC 2 8 DIO 1 VDD 管脚图和管脚描述 图 1. TO-92 和 SOP8 管脚图 晶华微电子 版本 v1.1a http://www.SDICmicro.cn 2015/06 第 1 页 共 12 页 SD5020 表 1. 管脚描述 序号 SD5020A SD5020B （TO-92） （SOP8） 2 管脚名称 属性 管脚描述 1 DIO 输入/输出 开漏端口，单总线数据通信口 -- 2--3，5--7 NC -- 悬空 1 4 GND 地 地 3 8 VDD 电源 电源 功能描述 EPROM VDD GND 寄存器： 温度结果 配置 迟滞阈值 过温阈值 CRC 单次测温 从机地址 地址CRC DIO 单总线 通信接口 和 控制器 参考电压 温度传感器 Sigma-Delta 模数转换器 8位 CRC 生成器 RC 振荡器 图 2. 功能框图 图 2 是 SD5020 的功能模块框图。SD5020 是 一个单总线通信的数字温度传感器，DIO 管脚需 要外接一个上拉电阻。每一颗芯片内都设置了独 特的 40 位从机地址，适合多从机通信。 芯片内部的温度传感器产生一个跟温度成 正比变化的电压信号，再经过自带电压基准的 ADC 转换成数字信号，保存为 12 位二进制补码 形式，以便表示正温度或者负温度。芯片内有过 温阈值寄存器和迟滞阈值寄存器，测温值会与这 些寄存器值作比较，决定是否产生过温报警信 号。 SD5020 工作在单次测温模式，测温一次 后进入待机状态，通过单总线接口发送命令 可启动下一次测温。 SD5020 还提供了极低功耗的“关断模 式”，若设置“配置寄存器”的 bit0 为“1”， 芯片进入关断模式，片内所有电路停止工作， 工作电流小于 1uA。若该位设置为“0”，则 退出关断模式。 片内 RC 振荡器提供系统时钟，完成一次温 度测量的时间约为 85ms。测温过程中 ADC、电 压基准、时钟等电路都工作，系统功耗最大。 温度值的读出以及寄存器的设置可通过一 个单总线通信接口进行。CRC 产生电路对地址 00H-07H 的寄存器进行 CRC 校验，可以确保读 到的寄存器数据是正确的，增强通信可靠性。 晶华微电子 版本 v1.1a http://www.SDICmicro.cn 2015/06 第 2 页 共 12 页 SD5020 温度格式 测温结果以补码形式存到 16 位的温度结果 寄存器中，该寄存器的高 12 位可用，低 4 位无 效。其最高位为符号位。 该温度寄存器的高字节（0001H）为温度的 整数部分，低字节（0000H）的高 4 位为温度的 -4 小数部分，因此分辨率为 2 =0.0625℃。如果测 量温度结果超出-55℃~+125℃范围，则可能会超 出最大误差。如果分辨率 1℃就可以满足用户要 求，可以只使用温度寄存器的高 8 位。 表 2. 温度测量结果 温度 温度测量结果（二进制） -55℃ 1100 1001 0000 XXXX -40℃ 1101 1000 0000 XXXX -25℃ 1110 0111 0000 XXXX -0.0625℃ 1111 1111 1111 XXXX 0 0000 0000 0000 XXXX 0.0625℃ 0000 0000 0001 XXXX 25℃ 0001 1001 0000 XXXX 75℃ 0100 1011 0000 XXXX 80℃ 0101 0000 0000 XXXX 85℃ 0101 0101 0000 XXXX 125℃ 0111 1101 0000 XXXX 单次测温模式 本芯片工作在单次测温模式，在非测温 时为待机状态。 向单次测温命令寄存器（0008H）写任意 值可启动一次温度测量，温测过程一般为 85ms，测温结束后芯片立即回到待机状态。 最新温度值存放在温度结果寄存器，其最高 8 位亦存放在单次测温寄存器。 单次测温得到新的温度值后，会与过温 阈值寄存器（0005H-0006H）的值相比较，如 果大于等于该寄存器的值，配置寄存器 （0002H）的 bit7 会置“1” ，表示有过温出现。 在待机状态期间，芯片的功耗小于 1uA。 芯片上电后第一次测温前，配置寄存器 的 bit5 需要设为“1”，芯片才能正常测温。 温度测量结果转换公式如下： 对于 8 位温度测量结果： 正温度值=温度测量结果 负温度值=温度测量结果-256 对于 10 位温度测量结果： 正温度值=温度测量结果/4 负温度值=（温度测量结果-1024）/4 对于 12 位温度测量结果： 正温度值=温度测量结果/16 负温度值=（温度测量结果-4096）/16 晶华微电子 版本 v1.1a http://www.SDICmicro.cn 2015/06 第 3 页 共 12 页 SD5020 寄存器说明 SD5020 有温度结果寄存器、配置寄存器、迟滞阈值寄存器、过温阈值寄存器、CRC 寄存器、 单次测温命令、从机地址、地址 CRC 等，具体见表 3。 表 3. 寄存器列表 地址 名称 R/W 默认值 0000H 温度结果寄存器低 4 位于 bit7-bit4 中，小数部分 R 0X00 0001H 温度结果寄存器高 8 位，整数部分 R 0X00 0002H 配置寄存器 R/W 0X40 0003H 迟滞阈值寄存器低 4 位于 bit7-bit4 中 R/W 0X00(75℃) 0004H 迟滞阈值寄存器高 8 位 R/W 0X4B 0005H 过温阈值寄存器低 4 位于 bit7-bit4 中 R/W 0X00(80℃) 0006H 过温阈值寄存器高 8 位 R/W 0X50 0007H CRC 校验码 R 0X2B 0008H 单次测温命令 R/W 00 000BH SD5020 从机地址[39:32] R * 000CH SD5020 从机地址[31:24] R * 000DH SD5020 从机地址[23:16] R * 000EH SD5020 从机地址[15:8] R * 000FH SD5020 从机地址[7:0] R * 0010H 地址 0BH~0FH 的 CRC 校验字 R * *每颗 SD5020 在在出厂前皆已刻上独特从机地址，如需要具体地址请与厂方联系。 温度结果寄存器（0000H-0001H） ： 12 位数字温度结果的高 8 位放在地址 0001H 中，低 4 位放在地址 0000H 的 bit7-bit4 中，而 bit3-bit0 为无效位。测温结果以补码形 式存放，0001H 寄存器的最高位是符号位： “0” 表示正温度，“1”表示负温度。 配置寄存器（0002H）： 配置寄存器是一个 8 位可读/写寄存器，具 体每个位的定义如表 4。 表 4. 寄存器列表 Bit7：报警标志位。 位值为“1”表示发 生高温报警，温度大于等于过温阈值寄存器。 位值为“0”表示没有报警，温度小于等于迟 滞阈值寄存器。 Bit6：保留 Bit5：保留，上电后第一次测温前必须写 “1”。 Bit4-3：选择过温事件发生次数（N），防 止误判过温。只有过温事件连续发生 N 次后才 确认过温，具体关系见表 5。 bit 配置功能 7 报警标志位，只读 6 保留 bit4-3 过温次数 5 保留，必须写入“1” 00 1 4 过温事件发生次数 01 2 3 过温事件发生次数 10 4 2 保留 11 6 1 保留 0 关断模式 表 5. Bit4-3 与过温次数关系 Bit2：保留 Bit1：保留 晶华微电子 版本 v1.1a http://www.SDICmicro.cn 2015/06 第 4 页 共 12 页 SD5020 Bit0： 关断模式，设定“1”时芯片进入 关断模式，工作电流小于 1uA，片内所有电路 停止工作。进行正常测温前须设为“0”，此 时芯片进入待机状态。 迟滞阈值寄存器（0003H-0004H）： 16 位寄存器，低 4 位无效，可以读/写， 用于设置过温报警恢复的下限温度，默认设置 是 75℃。数据格式是补码形式，最高位是符号 位：“0”表示正温度，“1”表示负温度。 单总线通信口 SD5020 有一个单总线通信接口，图 3 为 一种单从机典型应用案例，通信口 DIO 需要一 个上拉电阻。 Vpu 4.7K DIO Tx Rx Tx Rx 该寄存器的高 8 位数据放在地址 0004H 中， 低 4 位数据放在地址 0003H 的 bit7-bit4 中，bit3-bit0 无效。 过温阈值寄存器(0005H-0006H)： 16 位寄存器，低 4 位无效，可以读/写， 用于设置报警值的上限， 默认设置是 80℃。 数据格式是补码形式，最高位是符号位：“0” 表示正温度，“1”表示负温度。 该寄存器的高 8 位数据放在地址 0006H 中，低 4 位数据放在地址 0005H 的 bit7-bit4 中， bit3-bit0 无效。 CRC 寄存器（0007H） ： CRC 循环冗余校验码是数据通信领域中 最常用的一种差错校验码，为了保证温度结果 读取以及芯片设置的正确性，对 0000H-0006H 的所有寄存器做 CRC 校验， CRC 校验的生成 多项式为： CRC  X 8  X 5  X 4  1 生成的 8 位校验码放到地址 0007H 中。 主机读 0000H-0007H 的数据后，根据生成 多项式计算出校验码为 0，说明读到的数据是 准确的，否则要重新读取。 单次测温命令寄存器（0008H） ： 参考单次测温模式段。 SD5020 从机地址寄存器（000BH-000FH）： 存放从机地址，地址 000BH-000FH 是从 高到低排列。每颗芯片都有自己独特的地址。 从机（SD5020） 主机 图 3. 单总线连接图 单总线通信协议 图 4 为单总线通信数据格式，数据编码格 式为：引导码+8 位数据+停止码。 发送数据时每个字节数据的顺序：低位在 前，高位在后。 为便于主机编程，主机发送的时序允许有 一定的范围，各个数据的时间范围规定如下：  引导码：低电平，取 820us ~ 1000us 为有 效。  数据“0”和“1”表示方式均为先高电平 后低电平。  数据“0”和数据“1”的低电平时间都取 200us ~ 420us 为有效。  数据“0”的高电平时间取 160us ~ 210us 为有效。  数据“1”的高电平时间取 700us ~ 800us 为有效。  停止码：高电平，取 250us ~ 500us 为有效。 从机发送的时间范围总是较为宽松，具 体范围见表 8。 低位 引导码 1 高位 0 停止码 图 4. 一线通信数据传输时序 地址 CRC 寄存器（0010H）： 地址 000BH-000FH 的 CRC 校验字。 晶华微电子 版本 v1.1a http://www.SDICmicro.cn 2015/06 第 5 页 共 12 页 SD5020 图 5 为单总线通信流程，包括握手动作、 读/写寄存器、读从机地址等过程。 主机拉低总线 5-8ms 上电复位 图 6. 读写寄存器时握手动作 握手动作 读/写寄存器前准备动作 发送匹配地址命令 58H 发送跳过地址命令 69H 发送读从机地址 命令AAH 发送从机ID 6字节 写寄存器 N 接收从机地址 6字节 操作选择 读寄存器 发送写命令36H 发送读命令24H 发送首地址 发送首地址 发送字节数 发送字节数 发送数据 主机接收数据 所有数据 发送完毕 N Y Y 表 6 命令集 命令 命令字 读从机地址 AAH 匹配地址命令 58H 跳过地址命令 69H 写操作 36H 读操作 24H 握手动作 主机和从机通信前必须进行握手。握手的 目的是为通信做好准备。握手的过程（图 6） 为： 主机拉低总线 5 ~ 8ms，从机检测到主机的 握手信号有效后，会延时一段时间 （180us-500us），然后拉低总线，时间为 100us ~ 250us。主机检测到从机的响应信号后，即表 明双方握手成功。 http://www.SDICmicro.cn  如果是匹配地址命令 58H，说明接下来主 机要发送 6 字节数据（从高到低共 5 字节 地址+前五字节的 1 字节 CRC 校验值）寻 找从机。从机对接收到的地址进行判断， 是否匹配。如果匹配，接下来主机就可以 读寄存器或写寄存器了。  如果是跳过地址命令 69H，则主机可以直 接对从机进行读写操作。这种模式适合于 单个从机的情况。 写寄存器 命令集总结如下： 版本 v1.1a 握手之后，主机向从机发送命令。从机对 收到的第一个字节数据进行判断：  如果是读地址命令 AAH， 参 考 读 从 机 地址段。 所有数据 接收完毕 图 5. 单总线通信 晶华微电子 从机等待 从机拉低总线 100180-500us 250us 2015/06 写寄存器时，主机依次发送写命令 36H、 首地址高字节、首地址低字节，字节数高字节、 字节数低字节。接下来主机发送要写入寄存器 的数据。数据可以连续发送，直至所有数据发 送完毕。 读寄存器 读寄存器时，主机依次发送读命令 24H、 首地址高字节、首地址低字节，字节数高字节、 字节数低字节。然后主机接收数据。从机从首 地址开始连续发送数据，直到发完指定字节数 量的数据为止。 读从机地址 主机发送读从机地址命令 AAH， 然后接 收从机地址共 6 个字节。从机发送地址数据的 顺序为：从机地址（从高到低共 5 个字节）→ 前五字节数据的 CRC 校验值。 第 6 页 共 12 页 SD5020 自热效应 DIO 管脚描述 SD5020 温度测量的准确性会受到自身功 耗和芯片封装热阻的影响，虽然 SD5020 自身 功耗很小（3V 工作电压下典型值为 0.51mW）， 但仍会带来一定的温升。 SD5020 的 DIO 管脚为开漏端口，方便跟 不同电源的信号接口，需要外接上拉电阻，如 图 7 所示。 对应 SD5020A，温度变化值为： T  0.51mW  162C / W  0.08C 对应 SD5020B，温度变化值为： 应用注意事项 SD5020 测量的是芯片内部温度，因此用 来测量热源时，需要将芯片尽量靠近热源，减 少芯片和热源之间的热阻。 T  0.51mW  240C / W  0.123C 温度校准 SD5020 出厂前已经校正，用户无须再校 准。 典型应用图 Vpu R1 4.7K VDD VDD SD5020 + DIO MCU GND 10µF 0.1µF R1典型值为4.7K欧姆 R1实际取值受到从机SD5020个数限制 图 7. 典型应用图 晶华微电子 版本 v1.1a http://www.SDICmicro.cn 2015/06 第 7 页 共 12 页 SD5020 电气特性 表 7. 极限参数 标识 参数 最小值 最大值 单位 TA 工作温度 -55 +125 °C TS 储存温度 -65 +150 °C VDD 供电电压 -0.3 +7.0 V 数字输入、输出 -0.3 VDD+0.3 V -- 10 mA 2000 -- V VIN, VOUT Ioutmax 最大输出电流 ESD 人体模型 TL °C 参考 IPC/JEDECJ-STD-020C 回流焊温度曲线 注： 1. CMOS 器件易被高能静电损坏，芯片必须储存在导电泡沫，注意避免工作电压超出范围。 2. 在插拔芯片前请关闭电源。 表 8. 电气参数(VDD=3.0V ~ 5.0V, TA=25℃。黑体部分适用于 TA=-55℃ ~ +125℃。) 标识 参数名称 最小值 典型值 最大值 单位 3.0 5.5 V +125 ℃ VDD 工作电压 2.7 Toper 工作温度 -55 LSB 温度分辨率 Terr 温度准确度 Ivdd1 Ivdd2 工作电流 条件 -- 0.0625 -- ℃ 12 位数字输出 -- ±0.5 ±0.8 ℃ -10℃ ~ +85℃,VDD=2.7~5.5V -- ±0.8 ±1.5 -- 170 -- -- 2 -55℃ ~ +125℃,VDD=2.7~4.0V uA Tconv 测温周期 65 85 110 ms PSRR 电源抑制比 -- 0.1 -- ℃/V 系统测温过程中，通信停止 系统待机或关断模式 VDD=2.7V ~ 5.5V (注 1) DIO 开漏驱动能力 Isink 低电平 Sink 电流 4 -- -- mA VOL=0.3V Ileak 高电平泄漏电流 -- -- 1 uA VOH=VDD 单总线通信时序（从机 SD5020 发送给主机） 引导码 750 940 1200 us 数据低电平 250 312 400 us 数据“0”高电平 150 188 240 us 数据“1”高电平 600 750 960 us 停止码 250 312 -- us 250 -- 500 ms 125 -- 200 us 主机发送握手信号后从 机延时等待时间 从机握手应答低电平时 间 晶华微电子 版本 v1.1a http://www.SDICmicro.cn 2015/06 第 8 页 共 12 页 SD5020 单总线通信时序（主机发送给从机 SD5020） 引导码 820 940 1000 us 数据低电平 200 312 420 us 数据“0”高电平 160 188 210 us 数据“1”高电平 700 750 800 us 停止码 250 375 -- us 5 6.5 8 ms 握手时间 注：PSRR 参数值以 VDD=3.0V 时的测温值为基准温度计算得到，因为该芯片出厂前在 VDD=3.0V 下进行温度校准的。 1 1 VDD=3.0V 测温误差 (℃ ) 测温误差 (℃ ) 0.5 最大值 典型值 0 最小值 -0.5 -1 -50 0 50 温度 (℃ ) 0.5 最大值 典型值 0 最小值 -0.5 -1 100 VDD=5.0V -50 0 50 100 温度 (℃ ) 图 8. 测温误差曲线（3.0V） 图 9. 测温误差曲线（5.0V） 500 100 90 300 5mA, 5V 200 100 0 τ~30s(TO-92, NO SOCKET) τ~37s(SOP-8, NO SOCKET) 80 5mA, 3V 输出温度(℃ ) 开漏输出电压(mV) 400 70 60 SOP-8 50 TO-92 40 0.5mA, 3V 0.5mA, 5V -50 0 50 温 度 (℃ ) 100 图 10. 典型开漏电压曲线 晶华微电子 版本 v1.1a http://www.SDICmicro.cn 2015/06 150 30 0 50 100 150 200 250 300 时间 (秒 ) 图 11. 温度响应时间 第 9 页 共 12 页 SD5020 120 220 VDD=2.7V~5.5V 200 最大值 100 最大值 工作电流 (uA) 测温周期 (ms) 110 90 典型值 80 最小值 70 180 典型值 160 140 最小值 60 -50 0 50 100 温度 (℃ ) 120 -50 0 50 100 温 度 (℃ ) 图 12. 测温周期 图 13. 测温工作电流 1 VDD=2.7V~5.5V 关断电流(uA) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -50 0 50 100 温 度 (℃ ) 图 14. 关断模式下 VDD 电流 晶华微电子 版本 v1.1a http://www.SDICmicro.cn 2015/06 第 10 页 共 12 页 SD5020 封装规格 D e 底面图 A L E d c e1 1 2 3 b 尺寸：毫米 Symbol Min. Nom. Max. A 4.3 —— 5.3 b 0.3 —— —— c 0.3 —— —— 4.3 —— 5.2 d 1.0 —— 1.7 E 3.2 —— 4.2 e —— 2.54 —— e1 —— 1.27 —— L 12.7 —— —— φD D 图 15. TO-92 封装外形图 晶华微电子 版本 v1.1a http://www.SDICmicro.cn 2018/09 第 11 页 共 12 页 SD5020 c L θ E1 L1 E D A3 A2 b A e A1 尺寸：毫米 Symbol Min. Nom. Max. A 1.35 —— 1.80 A1 0.10 —— 0.25 A2 1.25 1.40 1.55 A3 0.60 0.65 0.70 D 4.78 4.90 5.00 E 5.80 6.00 6.30 E1 3.80 3.90 4.00 L 0.40 —— 1.27 L1 1.05BSC b 0.33 —— 0.51 c 0.19 —— 0.25 e 1.27BSC θ 0 o —— 8o 图 16. SOP8 封装外形图 晶华微电子 版本 v1.1a http://www.SDICmicro.cn 2018/09 第 12 页 共 12 页