MDC04

高精度数字电容传感芯片 MDC04 产 品 手 册 （V3.4） ©敏源传感科技有限公司 2021/07 敏源传感科技有限公司 目录 1. 产品简介............................................................................................................................................... 1 1.1 概述与应用 .................................................................................................................................................................... 1 1.2 特性................................................................................................................................................................................. 1 1.3 功能框图 ........................................................................................................................................................................ 1 2. 引脚配置及功能 .................................................................................................................................... 2 2.1 引脚列表 ........................................................................................................................................................................ 2 2.2 应用电路 ........................................................................................................................................................................ 3 2.2.1 单总线接口方式 ......................................................................................................................................................... 3 2.2.2 I²C 接口方式 ............................................................................................................................................................... 4 3. 技术规格............................................................................................................................................... 4 3.1 电气特性 ........................................................................................................................................................................ 4 4. 3.1.1. 绝对最大额定值 ............................................................................................................................................. 5 3.1.2. 非易失性存储器特性 ..................................................................................................................................... 5 3.2. 单总线接口时序 ...................................................................................................................................................... 5 3.3. I2C 接口时序 ............................................................................................................................................................ 6 电路描述............................................................................................................................................... 7 4.1. 电容转换................................................................................................................................................................... 7 4.1.1. 偏置电容和测量范围配置以及通道选择 .................................................................................................... 8 4.1.2. 偏置电容设置寄存器 Cos............................................................................................................................. 8 4.1.3. 系统配置寄存器 Cfg...................................................................................................................................... 9 4.1.4. 系统状态寄存器 ............................................................................................................................................. 9 4.2. 温度转换................................................................................................................................................................. 10 5. 循环冗余校验（CRC）计算 ................................................................................................................. 10 6. 单总线通信接口 .................................................................................................................................. 11 6.1. 单总线寄存器访问 ................................................................................................................................................ 11 6.2. 复位 ......................................................................................................................................................................... 12 6.3. ROM 指令 .............................................................................................................................................................. 14 6.4. 功能指令................................................................................................................................................................. 15 6.5. MDC04 运行示例 ................................................................................................................................................ 17 6.5.1. 示例 1 ............................................................................................................................................................. 17 敏源传感科技有限公司 6.5.2. 7. 8. 示例 2 ............................................................................................................................................................. 18 I²C 通信接口 ....................................................................................................................................... 19 7.1. I2C 寄存器访问 ...................................................................................................................................................... 19 7.2. 读写指令................................................................................................................................................................. 19 7.3. 操作与通信............................................................................................................................................................. 20 7.3.1. 上电及通信起始 ........................................................................................................................................... 20 7.3.2. 开始测量 ........................................................................................................................................................ 20 7.3.3. 单字节读和写指令 ....................................................................................................................................... 21 7.3.4. 设定配置寄存器指令 ................................................................................................................................... 22 7.3.5. 读取状态寄存器和配置寄存器指令 .......................................................................................................... 22 7.3.6. 复位状态寄存器指令 ................................................................................................................................... 22 7.3.7. 偏置电容、反馈电容和通道选择寄存器访问 ......................................................................................... 23 7.3.8. 单次测量模式指令 ....................................................................................................................................... 23 7.3.9. 连续测量模式指令 ....................................................................................................................................... 24 7.3.10. 单次和连续测量模式下读取数据 .............................................................................................................. 24 7.3.11. 停止连续测量模式指令 ............................................................................................................................... 25 7.3.12. 复位 ................................................................................................................................................................ 25 7.3.13. 寄存器保存和恢复指令 ............................................................................................................................... 26 7.3.14. 自动配置偏置电容指令 ............................................................................................................................... 26 封装.................................................................................................................................................... 28 附录一：不同电容测量范围的配置 .............................................................................................................. 29 敏源传感科技有限公司 1. 产品简介 1.1 概述与应用 电容型传感芯片 MDC04 是高集成度的数字模拟混合信号传感集成电路，芯片直接与被测物附近的差分电 容极板相连，利用不同物质介电常数的区别，通过放大、数字转换、补偿计算电容的微小变化来实现物质 成分的传感。芯片内部集成高精度 16bit 模数转换 ADC 电路，其电容分辨率为 0.1fF，线性度误差小于 0.3%。此外，芯片内置精度 0.5℃的温度传感电路，可用于温度补偿及其他温度传感场景。 MDC04 为四通道测量的高精度电容调理芯片。每一通道测量电容两极之间的互感电容，可编程固定测量 范围是 0~103.5pF，可编程可变调理范围±15.5pF，芯片可自动搜索最佳量程配置。芯片测量工作方式灵 活，可配置多通道测量组合，单次测量、周期性循环测量等工作模式。芯片支持数字单总线和 I²C 双通信 接口，单总线接口支持长线缆、多节点的分布式传感。 和国内外同类产品相比，MDC04 具有宽测量范围、宽工作电压、低功耗、多种接口、内置温度测量、小 尺寸、低成本等优势，可用于液位检测、食品/土壤等水分含量测量、冰霜检测、接近/手势传感等应用场 景。 1.2 特性 接口 I²C/单总线 封装形式 QFN20 供电电压 2.0V~5.5V 测量速度 3-20ms 可配置 峰值电流 0.45mA 待机电流 0.2µA 可配置固定测量范围 0~103.5pF 可配置可变测量范围 ±15.5pF 分辨率 0.1fF 线性误差 = 1 𝑞𝑞[𝑖𝑖] = � i=0-7 −1, 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 < 𝑖𝑖 >= 0 偏置电容和寄存器的表见附件—偏置电容数值与偏置电容寄存器设置表。 Cfb 配置选择 CRANGE= 00 CRANGE=01 CRANGE= 10 CRANGE=11 Cos 有效位 Cos 低 5bit Cos 低 6bit Cos 低 7bit Cos 全部 8bit 偏置电容范围 0 ~ 15.5 pF 0 ~ 31.5 pF 0 ~ 63.5 pF 0 ~ 103.5 pF 用于小电容范围测量 用于较小电容范围测量 用于较大电容范围测量 用于大电容范围测量 最好 好 较好 一般 噪声水平 4.1.2.1. 反馈电容配置寄存器 Cfb 复位值 0x00 bit7 bit6 COS_ COS_ RANGE1 RANGE0 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 CFB_SEL5 CFB_SEL4 CFB_SEL3 CFB_SEL2 CFB_SEL1 CFB_SEL0 COS_RANGE[1:0]：偏置电容 描述 范围选择，参见偏置电容寄存 CFB_SEL[5:0]：反馈电容选择 器介绍 Cfb用来配置放大电路内部的反馈电容 Cfeedback，来改变（相对 Coffset 的）测量范围。反馈电 容数值和配置寄存器的数值关系如下式： Cfeedback = 46•bit5 + 32•bit4 +16•bit3 + 8•bit2 + 4•bit1 + 2•bit0 + 2（pf） www.mysentech.com 8 敏源传感科技有限公司 测量范围由下式计算 𝐶𝐶𝐶𝐶 = ±0.1408 × 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 Cfb 配置范围 0x00~0x3f 反馈电容范围 CFEEDBACK 2 ~ 110pF 电容测量范围 Cr ±0.281 ~ ±15.462 pF 反馈电容数值和反馈配置寄存器的关系见附件—反馈电容表。 4.1.2.2. 电容通道选择寄存器 Ch_sel 通道选择寄存器用于选择同时转换的通道。 复位值 0x00 bit7 Reserved bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 Reserved Reserved Reserved Reserved CH_SEL2 CH_SEL1 CH_SEL0 CH_SEL2~0：选择电容通道 000/001: 通道 1， 010: 通道 2， 011: 描述 保留，不可更改。需要用读-修改-写方式修改此寄存器。 通道 3，100: 通道 4，101: 通道 1&2， 110: 通道 1&2&3，111: 通道 1&2&3&4 4.1.3. 系统配置寄存器 Cfg Cfg 复位值 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 0X00 Reserved Reserved clk_strench Mps2 Mps1 Mps0 IIC 接 口 时 钟 拉伸使能： 描述 0：不允许拉伸 保留 1：允许拉伸 bit1 bit0 Repeatbil Repeatb ity1 ility0 每秒测量次数选择 000：单次 重复性设置： 001：0.5 次每秒 00：低可重复性 010：1 次每秒 01：中等可重复性 011：2 次每秒 10：高可重复性 100：4 次每秒 101：10 次每秒 4.1.4. 系统状态寄存器 复位值 0X08 bit7 Measure[ 1] bit6 Reserved bit5 bit4 bit3 Write_data Command Sys_reset_ _checksum _status detected bit2 bit1 Reserved Reserved bit0 Measure [0] Measure[1:0]: 周期测量测量模式（mps>=001） 。 00：不测量; 01：测量温度;; 10：测量电容; 11：测量温度和电容 描述 I2C Write_data_checksum: I2C 写数据校验。 0：正确；1：错误 I2C Command_status: I2C 命令状态。 0：正确； 1：错误 Sys_reset_detected: 复位信号检出。0：未检出； 1：检出 www.mysentech.com 9 敏源传感科技有限公司 4.2. 温度转换 感温原理基于半导体 PN 节温度与带隙电压的特性关系，经过小信号放大、模数转换、数字校准补偿、输 出数字温度，具有精度高、一致性好、寿命长、功耗低、可编程配置灵活等优点。 温度数字输出为 16bit 有符号的二进制补码，最低位 LSB 分辨率为 1/256 ℃，S 为符号位。 表 4.2 温度寄存器格式 温度值 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LSB 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 S 26 25 24 23 22 21 20 MSB 输出温度数据和摄氏度的转换关系为: T �℃� = 40 + 下表为不同温度值与输出温度数据的对应关系。 温度值（℃） 40 40.5 125 -54.5 -55 ST 256 寄存器数值 0x0000 0x0080 0x5500 0xA180 0xA100 5. 循环冗余校验（CRC）计算 在每个数据字之后发送的 8 位 CRC 校验和由 CRC 算法生成。其属性显示在下表中。 属性 名称 位宽 保护数据 多项式 初始数值 待测数据的每个字节是否按位反转 在计算之后，异或输出之前，整个数据是否 按位反转 计算结果与此参数异或 示例 www.mysentech.com 数值 CRC-8/MAXIM 8位 读/写 8 0x31 (x + x5 + x4 + 1) 0x00 是 是 0x00 CRC (0xBEEF) = 0x76 10 敏源传感科技有限公司 6. 单总线通信接口 6.1. 单总线寄存器访问 Name Addr offset temp_lsb 0 temp_msb 1 Cap1_lsb 2 Cap1_msb Read Write E2PROM 映射 Copy Recall Reset Value NA NA NA NA H’90 ReadTC1 NA NA NA NA H’01 (0xbd) NA NA NA NA H’00 3 NA NA NA NA H’00 Reserved 4 Write 0 Reserved 5 scratchpad 1 cfg 6 Read (0x4e) 2 status 7 scratchpad NA 3 NA crc_src NA (0xbe) NA NA XX Recall EE (0xb8) H55 H05 H’00 Write Reserved Scratchpad 8-13 Ext 4-9 page0 ReadC2-4 (0x77) (0xdc) NA 10 H’00 Copy （0x48） Recall Cap2_lsb 14 Cap2_msb 15 NA 11 Cap3_lsb 16 NA 12 H‘00 Cap3_msb 17 NA 13 H‘00 Cap4_lsb 18 NA 14 H‘00 Cap4_msb 19 NA 15 H‘00 crc_scr_ext NA NA NA romcode 20-24 NA 16-20 H‘00 NA 25-27 21-23 H‘00 24 H’00 Read rom code （0x33） ReadCh_sel WriteCh_sel 0x8a 0xaa NA Page0 H‘00 (0xbb) H‘00 NA XX ch_sel 28 Cos 29 25 Recall H’00 NA 30 26 page1 H’00 NA 31-33 27-29 H’00 Cfb 34 30 H’00 31 H’00 (0xba) Write parameters NA 35-38 www.mysentech.com (0xab) 11 敏源传感科技有限公司 Read crc_para NA parameters NA NA NA NA XX (0x8b) 6.2. 复位 所有与传感器的通讯都始于初始化序列，这个序列包含主机发出的一个复位脉冲，跟随一个传感器发出的 存在脉冲。图 6.1 解释了这一序列。当传感器发送存在脉冲以响应复位脉冲，其向主机表明它挂在总线上， 并且已经准备好运行。在初始化序列过程中，主机通过将单总线拉低至少 480 µs 来发出复位脉冲。总线 主机随后释放总线进入接收模式。当总线被释放后，上拉电阻会把总线拉高。当传感器检测到这个上升沿， 它等待 15µs 到 60µs 然后通过把单总线拉低 60µs 到 240µs 来发出存在脉冲。 图 6.1 初始化时序 读/写时隙 总线主机在写时隙写数据到传感器，在读时隙从传感器读数据。每个时隙在单总线上传输一个数据位。 写时隙 有两种写时隙： “写 1”时隙和“写 0”时隙。总线主机通过写 1 时隙把一个逻辑 1 写入传感器，通过写 0 时隙把一个逻辑 0 写入传感器。所有写时隙必须持续最少 60µs，并且两个写时隙之间至少有 1µs 的恢复 时间。两种写时隙都是通过主机把单总线拉低来发起（见图 6.2） 。 要产生写 1 时隙，把单总线拉低之后，总线主机必须在 15µs 内释放单总线。总线被释放后，上拉电阻会 把总线拉高。要产生一个写 0 时隙，把单总线拉低之后，总线主机必须在整个时隙期间持续保持总线低（至 少 60µs） 。 传感器在主机发起写时隙后，会在至少 15µs 到 60µs 的时间窗口内采样单总线。如果在这个采样时间窗 口总线为高，一个 1 就被写入传感器。如果总线是低，一个 0 会被写入传感器。 www.mysentech.com 12 敏源传感科技有限公司 图 6.2 读/写时隙时序 读时隙 传感器只能在主机发布读时隙期间可以传送数据到主机。所有，主机在发布 Read Scratchpad [BEh] 指 令后，必须立即产生读时隙，这样传感器才能提供所要求的数据。另外，主机可以在发布 Convert T[44h] 或 Recall E2 [B8h] 指令后产生读时隙以了解运行状态。这部分机理在传感器功能指令章节有详细解释。 所有读时隙必须持续至少 60µs，并且两个读时隙之间恢复时间不少于 1µs。读时隙的产生是通过主机拉 低单总线至少 1µs 然后释放总线来实现（见图 6.2）。主机发起读时隙之后，传感器会开始在总线上传输 1 或 0。传感器通过保持总线高发送 1 并通过拉低总线发送 0。当传输 0 的时候，传感器会在时隙结束时释 放总线，之后总线会被上拉电阻拉回高空闲状态。传感器的输出数据在启动时隙的下降沿后 15µs 之内有 效。所以，主机必须在时隙启动之后 15µs 之内释放总线并采样总线状态。图 6.3 说明了在一个读时隙内 tINIT，tRC 和 tSAMPLE 的总和必须少于 15µs。图 6.4 显示了系统的时间裕度可以通过以下方法最大化： 保持 tINT 和 tRC 越短越好，以及把主机采样时间放到读时隙 15µs 周期的末尾。 www.mysentech.com 13 敏源传感科技有限公司 VPU 主机VIH 单总线DQ GND TRC 主机采样 15μs 线型图例 总线主机拉低 电阻拉高 图 6.3 详细主机读 1 时 VPU 主机VIH 单总线DQ GND 主机采样 TINT =短 TRC=短 15μs 线型图例 总线主机拉低 电阻拉高 图 6.4 推荐的主机读 1 时序 6.3. ROM 指令 当总线主机检测到存在脉冲，就可以发布 ROM 指令。这些指令运作于每个从设备唯一的 64 位 ROM 编 码而且如果有多个从设备挂在单总线上，主机可以单独寻址特定的从设备。这些指令也使得主机可以决定 总线上有多少什么类型的设备，以及是否有任何设备满足了报警条件。共有 5 个 ROM 指令，每个 8 位长。 主设备必须在发布 MDC04 的功能指令之前发布一个合适的 ROM 指令。图 11 显示了 ROM 指令运行的 流程图。 SEARCH ROM [F0h] 当系统上电初始化后，主机必须识别总线上所有从设备的 ROM 编码，这样主机才能决定从设备的数量和 类型。主机通过排除过程来识别 ROM 编码，这一过程需要主机执行 Search ROM 循环（如，Search ROM 指令跟随数据交换）反复执行直到识别所有从设备。如果总线上只有一个从设备，则可以使用简单的 Read ROM（如下）指令代替 Search ROM 指令。每次 Search ROM 循环之后，总线主机可以返回传输序列的 步骤 1（初始态）或跟随一个功能指令。 Read ROM [33h] 此指令允许总线主机读到 MDC04 的 64 位 ROM 编码。只有在总线上存在单个 MDC04 时，才能使用 这个指令。当总线上有多个 MDC04，禁止读 ROM 指令。 Match ROM [55h] www.mysentech.com 14 敏源传感科技有限公司 匹配 ROM 指令,后跟 64 位 ROM 编码序列，让总线主机在多点或单点总线上寻址一个特定的 MDC04。 只有 64 位 ROM 编码序列完全匹配的 MDC04 才会响应主机发出的功能指令。其他从机都将等待一个 复位脉冲。 Skip ROM [CCh] 主机可以通过该指令同时寻址总线上所有设备而无需发送任何 ROM 编码。例如，主机可以令总线上所有 MDC04 同时执行温度转换，只需发布 Skip ROM 指令跟随一个 Convert T [44h] 指令。 需要注意 Read Scratchpad [BEh] 指令只能在单一从设备挂在总线上时才能跟随 Skip ROM 指令。这种 情况下，通过允许主机无需发送 64 位设备 ROM 编码而读取从设备，可以节约时间。如果总线上有超过 一个从设备，一个 Skip ROM 指令跟随一个 Read Scratchpad 指令会导致数据冲突，因为多个设备会试 图同时传送数据。 Alarm Search [ECh] 这条指令的流程图和 Search ROM 相同，然而，只有置位了报警标志位的 MDC04 才会响应这条指令。 本指令允许主机设备可以知道是否任何 MDC04 在最近的温度转换达到了温度报警条件。每一次 Alarm Search 循环（如，Alarm Search 指令跟随数据交换）之后，总线主机可以返回传输序列的步骤 1（初始 化）或跟随一个功能指令。运行-报警信号章节解释了报警标志位的操作。 6.4. 功能指令 当总线主机使用一个 ROM 指令寻址一个它希望与之通讯的 MDC04 之后，主机可以发布 MDC04 的功能 指令之一。这些指令允许主机从 MDC04 的暂存器写或读数据，发动温度转换以及了解供电模式。MDC04 的功能指令，如下所述，总结于下表。 功能指令 描述 代码 指令发出后单总线的活动 Convert T 启动温度转换 44h MDC04 传输转换状态给主机： Convert C 启动电容转换 66h Read TC1 读取温度和电容通道 1 BDh Read 读取 udf 区域（读取电容通道 Udf/ReadC2-4 2、3 和 4） Read Scratchpad 读包含配置寄存器在内的所有 暂存器内容 DCh BEh 备注 1 读时隙结果为 1，则忙；为 0， 则转换结束。 MDC04 传输温度，电容 C1 各 两个字节以及 CRC MDC04 传输 C1，C2 和 C3 的 各两个字节以及 CRC？ MDC04 传输最多 9 个字节给主 机 1 写包含配置寄存器在内的 3 个 Write Scratchpad 字节到暂存器的字节 4，5， 和 6（0x00，0x00，配置寄 4Eh 主机传输暂存器字节 2，3，和 4 数据给 MDC04 2 存器） Read Ch_sel Write Ch_sel Read Parameter www.mysentech.com 读参数暂存器的 Ch_sel 寄存 器 写参数暂存器的 Ch_sel 寄存 器 读取 parameter 区域 （ttrim，COS，CFB） 8Ah MDC04 传输 1 字节给主机 AAh 主机传输 1 字节给 MDC04 8Bh 15 敏源传感科技有限公司 Write Parameters Copy Page0 Recall E2 recall page1 设置 parameter 区域 （Ch_sel，COS，CFB） 从暂存器复制 00h，00h 和配 置寄存器数据到 E2PROM 从 E2PROM 调用配置寄存器 到暂存器 从 E2PROM 调用 Ch_sel， COS 和 CFB 到参数暂存器 ABh 无 48h 写 E2PROM 时间 40ms B8h MDC04 传输调用状态给主机 BAh MDC04 传输调用状态给主机 CONVERT T [44h] 该指令发动一次温度转换。转换之后，采集的热数据存储在暂存器中的 2 字节的温度寄存器然后 MDC04 返回低功耗空闲状态。主机可以在 Convert T 指令后发布读时隙，然后 MDC04 会回复 0 或 1 表示温度 转换正在进行中或者已完成。 CONVERT C [66h] 该指令发动一次对所选择的电容通道同时转换。转换之后，采集的电容数据存储在相应的结果寄存器中， 然后返回低功耗空闲状态。主机可以在 Convert C 指令后发布读时隙，然后 MDC04 会回复 0 或者 1 表 示温度转换正在进行中或者已完成。 READ TC1[BDh] 该指令允许主机读取暂存器中的温度和电容输出。MDC04 按温度低字节、温度高字节，电容通道 1 低字 节和电容通道 1 高字节的顺序传输，后跟前面 4 个字节的 CRC 校验和字节。如果只需要暂存器中的部分 数据，主机可以随时发布一个复位信号终止读取。 READ C2-4[DCh] 该指令允许主机读取扩展暂存器中的电容通道 2，3 和 4 的输出。MDC04 按通道 3 低字节、通道 3 高字 节，电容通道 3 低字节，电容通道 3 高字节，电容通道 4 低字节，电容通道 4 高字节的顺序传输，后跟前 面 6 个字节的 CRC 校验和字节。如果只需要暂存器中的部分数据，主机可以随时发布一个复位信号终止 读取。 READ CH_SEL[8Ah] 该指令允许主机读取参数暂存器中 CH_sel 寄存器的内容。 WRITE CH_SEL[AAh] 该指令允许主机写 1 字节数据到参数暂存器中的 CH_sel 寄存器中。 READ PARAMETER [8Bh] 该指令允许主机读取参数暂存器中的内容。数据传输始于字节 0 的最低位并延续遍历暂存器直到第 14 个 字节（字节 3 为 CH_sel，字节 4 为 COS，字节 9 为 CFB，字节 13 为传输 A5h，字节 14 循环冗余验证 码）被读取。如果只需要暂存器中的部分数据，主机可以随时发布一个复位信号终止读取。 www.mysentech.com 16 敏源传感科技有限公司 WRITE PARAMETER [ABh] 该指令允许主机对 MDC04 参数暂存器写入 13 个字节数据。第 3 个字节被写入参数暂存器的 CH_sel，第 4 个字节被写入参数暂存器的 COS，第 9 个字节写入参数暂存器的 CFB。数据必须先发送最低位。所有 13 个字节必须在主机发出复位信号前写入，否则数据可能损坏。 （意味主机可以在任意时刻通过复位中止 写入） 。 WRITE SCRATCHPAD [4Eh] 该指令允许主机对 MDC04 暂存器写入最多 3 个数据。第一个字节被写入 TH 寄存器（暂存器字节 2），第 二个字节被写入 TL 寄存器（暂存器字节 3） ，第三个字节写入配置寄存器（暂存器字节 4） 。数据必须先发 送最低位。所有 3 个字节必须在主机发出复位信号前写入，否则数据可能损坏。（意味主机可以在任意时 刻通过复位中止写入） 。 READ SCRATCHPAD [BEh] 该指令允许主机读取暂存器中的内容。数据传输始于字节 0 的最低位并延续遍历暂存器直到第 9 个字节 （字节 8-循环冗余验证码）被读取。如果只需要暂存器中的部分数据，主机可以随时发布一个复位信号终 止读取。 COPY PAGE0 [48h] 该指令将暂存器中的数据（包括配置寄存器）复制到 E2PROM。 RECALL E2 [B8h] 该指令从 E2PROM 中调用并替换暂存器中字节 4,5,6 中对应的数据。主机设备可以跟随 Recall E2 指令之 后发布一个读时隙，然后 MDC04 会指示调用的状态，传送 0 表示调用正在进行中传送 1 表示调用已经结 束。调用操作上电时自动执行，所以设备上电之后暂存器中就立即具备有效数据。 RECALL PAGE1 [BAh] 该指令从 E2PROM 中参数暂存器的数据。主机设备可以跟随 RECALL PAGE1 指令之后连续发布读时隙， 然后 MDC04 会指示加载的状态，传送 0 表示加载正在进行中，传送 1 表示调用已经结束。加载操作上电 时自动执行，所以设备上电之后扩展暂存器中就立即具备有效数据。 6.5. MDC04 运行示例 6.5.1. 示例 1 在这个实例中总线上有多个 MDC04。总线主机对某个特定的 MDC04 启动温度转换之后读取其缓存器然 后重新计算循环冗余校验来验证数据。 主机模式 数据（最低位在前） 指令 发送 复位 主机发送复位脉冲 接收 存在 MDC04 通过存在脉冲响应 发送 55h 主机发送 Match ROM 指令 www.mysentech.com 17 敏源传感科技有限公司 发送 64 位 ROM 编码 主机发送 MDC04 的 ROM 编码 发送 44h 主机发送 Convert T 指令 DQ 线保持高 主机在温度转换时间内保持 DQ 高 发送 复位 主机发送复位脉冲 接收 存在 MDC04 通过存在脉冲响应 发送 55h 主机发送 Match ROM 指令 发送 64 位 ROM 编码 主机发送 MDC04 的 ROM 编码 发送 BEh 主机发送 Read Scratchpad 指令 主机读包含循环冗余校验在内整个暂存器。然后主机重 接收 9 个数据字节 算暂存器的前 8 个字节数据的循环冗余校验并与读取 的循环冗余校验（字节 9）进行比较。如果匹配，主机 继续；否则，重复整个读操作 6.5.2. 示例 2 在这个示例里总线上只有一个 MDC04。主机读参数暂存器，修改其中的 Ch_sel，COS 和 CFB 数值，然 后再写回到 MDC04 的参数暂存器中。之后主机把暂存器的内容复制到 E2PROM。 主机模式 数据（最低位在前） 指令 发送 复位 主机发送复位脉冲 接收 存在 MDC04 通过存在脉冲响应 发送 CCh 主机发送 Skip ROM 指令 发送 8Bh 主机发送 Read Parameter 指令 发送 15 个数据字节 MDC04 发送 15 个数据字节给主机 发送 复位 主机发送复位脉冲 接收 存在 MDC04 通过存在脉冲响应 发送 CCh 主机发送 Skip ROM 指令 发送 ABh 主机发送 Write Parameter 指令 接收 13 个数据字节 主机依次发送读/修改后的 13 个字节 发送 复位 主机发送复位脉冲 接收 存在 MDC04 通过存在脉冲响应 发送 CCh 主机发送 Skip ROM 指令 发送 DQ 线保持高 主机在复制操作期间保持 DQ 高至少 40ms www.mysentech.com 18 敏源传感科技有限公司 7. I²C 通信接口 7.1. I2C 寄存器访问 寄存器名称 地址 复位值 说明 读/写命令 E2PROM 保 存 T_lsb 0 0x90 温度输出低字节 Read one byte/ ReadT - T_msb 1 0x01 温度输出高字节 Read one byte/ ReadT - C1_lsb 2 0x00 电容 1 输出低字节 Read one byte/ ReadC1 - C1_msb 3 0x00 电容 1 输出高字节 Read one byte/ ReadC1 - Config 6 0x00 工作配置寄存器 ReadStatusConfig/Read Copy_Page0 one byte/Write one byte Recall EE ReadStatusConfig/Read - Status 7 0x08 系统状态寄存器 one byte/Clear Status C2_lsb 14 0x00 电容 2 输出低字节 Read one byte - C2_msb 15 0x00 电容 2 输出高字节 Read one byte - C3_lsb 16 0x00 电容 3 输出低字节 Read one byte - C3_msb 17 0x00 电容 3 输出高字节 Read one byte - C4_lsb 18 0x00 电容 4 输出低字节 Read one byte - C4_msb 19 0x00 电容 4 输出高字节 Read one byte - Ch_Sel 28 0x00 通道选择寄存器 Read one byte/Write one Recall Page1 byte COS 29 0x00 偏置电容配置寄存器 Read one byte/Write one byte CFB 34 0x00 偏置电容范围和反馈 Read one byte/Write one 电容配置寄存器 byte 7.2. 读写指令 命令名 功能 代码 测量温度 IIC_ConvertT 0xCC44 测量电容 IIC_ConvertC 0xCC66 读温度和 C1 IIC_READ_TC1 - 读寄存器单字节 read one byte 0xD2XX 说明 IIC 读取寄存器单个字节，(XX 为 SCR 逻辑地址) 写寄存器单字节 write one byte 0x52XX IIC 写入寄存器单个字节，(XX 为 SCR 逻辑地址) 写配置寄存器 IIC_CONFIG 0x5206* 读 取状 态和 配置 寄 IIC_READ_STATUSCONFIG 0xf32d 清除状态寄存器 IIC_CLEAR_STATUS 0x3041 中止周期测量 IIC_BREAK 0x3093 写配置寄存器 存器 www.mysentech.com 19 敏源传感科技有限公司 偏置电容自动配置 IIC_AUTO_CALIBRATION 0xa187 自动配置最佳 Cos 软件复位 IIC_SOFT_RST 0x30a2 清 除寄存 器到初 始值 ，重新 执行 E2PROM。 保 存 page0 到 IIC_COPY_PAGE0 0xcc48 恢复 ee 区域 IIC_RECALL_EE 0xccb8 恢复 page1 IIC_RECALL_PAGE1 0xccba E2PROM 7.3. 操作与通信 MDC04 支持 I2C 快速模式（频率可达 400 kHz）。可以通过相应的用户命令启用和禁用时钟拉伸。有关 I2C 协议的详细信息，请参阅 NXP I2C 总线规范。在向传感器发送命令之后，在传感器接收另一个命令之 前，需要 1ms 的最小等待时间。所有 MDC04 命令和数据都映射到 16 位地址空间。此外，数据和命令包 含 CRC 校验，这提高了通信可靠性。传感器发送和接收的数据总是跟随 8 位 CRC 校验和。在写操作时， 主机必须向从机发送校验和，只有收到正确的校验和，MDC04 才接受数据。在读取操作时，由主设备读 取并处理校验和。 属性 名称 位宽 保护数据 多项式 初始数值 待测数据的每个字节是否按位反转 在计算之后，异或输出之前，整个数据是否 按位反转 计算结果与此参数异或 示例 数值 CRC-8 8位 读/写 8 0x31 (x + x5 + x4 + 1) 0xFF 否 否 0x00 CRC (0xBEEF) = 0x92 7.3.1. 上电及通信起始 传感器在达到表 X 中规定的上电阈值电压 VPOR 后开始上电。在达到该阈值电压后，传感器需要时间 tPU 进入空闲状态。一旦进入空闲状态，就可以从主设备（微控制器）接收命令。每个传输序列以 START 条件 （S）开始，以 STOP 条件（P）结束，如 I2C 总线规范中所述。无论何时传感器通电，但未执行测量或通 信，它都会自动进入空闲状态以节省能量。 该空闲状态不能由用户控制。 7.3.2. 开始测量 测量通信序列包括 START 条件，I2C 写字头（7 位 I2C 器件地址加 0 作为写位）和 16 位测量命令。传感 器指示每个字节的正确接收。它在第 8 个 SCL 时钟的下降沿之后将 SDA 引脚拉低（ACK 位）以指示接 收。表 4-1 中描述了完整的测量周期。通过确认测量命令，MDC04 开始测量电容或温度。此外，测量重 复性和单次/连续测量模式由配置寄存器相应控制位设定。 www.mysentech.com 20 敏源传感科技有限公司 7.3.3. 单字节读和写指令 单字节读寄存器用 0xD2XX 指令，其中的 XX，即指令的第二字节是寄存器的地址。读出的的第一字节为 指定寄存器的值，第二字节为拼加的 0xFF。第三字节为前两个字节的校验和。 指令 十六进制编码 单字节读 0xD2XX 图 7.1 单字节读指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 单字节写寄存器用 0x52XX 指令，其中的 XX，即指令的第二字节是寄存器的地址。写入第一字节为指定 寄存器的值，第二字节为 0xFF。第三字节为前两个字节的校验和。 指令 十六进制编码 设定配置寄存器 0x52XX 图 7.2 单字节写指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） www.mysentech.com 21 敏源传感科技有限公司 7.3.4. 设定配置寄存器指令 指令 十六进制编码 设定配置寄存器 0x5206 开 始 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I2C 地址 写 应 答 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 151617 18 指令高字节 应 答 I2C写字头 指令低字节 应 答 16位指令 1 2 3 4 5 6 78 设定数值 9 10 11 12 13 14 151617 18 19 20 21 22 23 242526 27 0xFF 应 答 CRC 应 答 16位设定数据 应 答 停 止 校验和 图 7.3 设定配置寄存器指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 7.3.5. 读取状态寄存器和配置寄存器指令 读取状态寄存器和配置寄存器的命令如下表所示。 指令 十六进制编码 读取状态及配置寄存器 0xF32D 开 始 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I2C 地址 写 应 答 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 151617 18 指令高字节 应 答 应 答 16位指令 I2C写字头 开 始 指令低字节 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I2C 地址 读 应 答 I2C读字头 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 151617 18 状态寄存器 应 答 配置寄存器 应 答 16位寄存器数据 19 20 21 22 23 242526 27 CRC 非应 停 答 止 校验和 图 7.4 读取状态寄存器及配置寄存器指令(白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 7.3.6. 复位状态寄存器指令 通过发送下表所示的命令，可以清除状态寄存器中的标志（位 3,2,1）（设置为零）。 www.mysentech.com 22 敏源传感科技有限公司 指令 十六进制编码 复位状态寄存器 0x3041 开 始 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I2C 地址 写 应 答 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 151617 18 指令高字节 应 答 I2C写字头 指令低字节 应 答 停 止 16位指令 图 7.5 复位状态寄存器指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 7.3.7. 偏置电容、反馈电容和通道选择寄存器访问 偏置电容寄存器写入和读取用单字节写和读指令。 7.3.8. 单次测量模式指令 在此模式下，一个发出的测量命令 Convert C 或 Convert T 触发一次电容或温度数据的采集。在传输期 间，每个数据值始终跟随 CRC 校验和。下表中显示了 16 位命令。重复性（低，中和高）和时钟延展（启 用或禁用）可以通过修改配置寄存器实现。重复性设置影响测量持续时间，从而影响传感器的总能量消耗。 指令 十六进制编码 测量温度 0xCC44 测量电容 0xCC66 图 7.6 单次测量模式下的温度/电容测量指令。第一个“SCL 空闲”块表示最小等待时间为 1ms。 （白色 块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） www.mysentech.com 23 敏源传感科技有限公司 7.3.9. 连续测量模式指令 MDC04 连续测量模式通过设定配置寄存器第 2、3、4 位开启。它们在重复性（低，中和高）和数据采集 频率（每秒 0.5, 1, 2, 4 和 10 次测量）方面有所不同。在此模式下无法选择时钟延展。 数据采集频率和重复性设置会影响传感器的测量持续时间和电流消耗。第 2 部分对此进行了解释。 7.3.10. 单次和连续测量模式下读取数据 温度和电容通道 1 读取 传感器完成测量后，主机可以通过发送开始（START）条件，然后发送 I2C 读取头来读取测量结果。在读 取温度指令发出后，传感器将确认读字头的接收并发送两个字节的数据（温度），然后是一个字节的 CRC 校验和。每个字节必须由微控制器确认，并具有应答（ACK）条件，以便传感器继续发送数据。 如果传感 器在任何数据字节后没有收到来自主机的应答（ACK），它将不会继续发送数据。 备注：使用该指令时请关闭电容通道 2，通道 3，通道 4 在收到温度数据的校验和后，应发送非应答（NACK）和停止条件（见图 7.7） 。 如果对后续数据不感兴趣，则 I2C 主设备可以在任何数据字节之后以非应答（NACK）条件中止读传输。 例如不读测量结果第二字节或 CRC 字节，以节省时间。 指令 十六进制编码 测量温度和电容通道 1 0x2C10 图 7.7 单次测量模式下的温度电容通道 1 测量指令。第一个“SCL 空闲”块表示最小等待时间为 1ms。 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） www.mysentech.com 24 敏源传感科技有限公司 时钟延展模式不开启 当关闭时钟延展时，发出测量命令后，如果温度测量尚未结束，传感器会响应非应答（NACK）的读字头。 时钟延展模式开启 时钟延展模式通过设定配置寄存器第 5 位为 1 开启。当开启时钟延展时，发出测量命令后，传感器通过应 答（ACK）响应读字头，然后拉低 SCL 线，直到测量完成。一旦测量完成，传感器就会释放 SCL 线并发送 测量结果。 7.3.11. 停止连续测量模式指令 可以使用下表中所示的停止命令停止连续测量模式。收到停止命令后，传感器将停止正在进行的测量但不 会进入单次测量模式。重新发送一遍测量指令后会再次进入连续测量模式。如果想切换至单次测量模式， 则需对配置寄存器相关控制位进行设定。 开 始 指令 十六进制编码 停止连续测量 0x3093 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I2C 地址 写 应 答 I2C写字头 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 151617 18 指令高字节 应 答 指令低字节 应 答 停 止 16位指令 图 7.8 停止连续测量模式指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 7.3.12. 复位 通过发送命令（软复位）或拉低复位引脚（nReset 引脚），可以复位 MDC04。在上电期间，芯片内部自 动完成上电复位。在复位过程中，传感器不会处理命令。为了实现传感器的完全复位，建议使用 MDC04 的 nRESET 引脚。 接口复位 如果与设备的通信出现异常，以下信号序列将重置串行接口：在 SDA 保持高电平时，将 SCL 切换九次或 更多次。此方法必须在下一个命令之前跟随传输启动序列。 此序列仅重置接口， 状态寄存器保留其内容。 软复位/重新初始化 MDC04 提供软复位机制，可在不断电的情况下强制系统进入明确定义的状态。当系统处于空闲状态时， 可以将软复位命令发送到 MDC04。这会触发传感器重置其系统控制器并从内存重新加载校准数据。为了 启动软复位过程，应发送下表中所示的命令。 www.mysentech.com 25 敏源传感科技有限公司 指令 十六进制编码 软复位 0x30A2 开 始 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I2C 地址 写 应 答 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 151617 18 指令高字节 应 答 I2C写字头 指令低字节 应 答 停 止 16位指令 图 7.9 软复位指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 硬复位 将 nReset 引脚拉低（参见表 3-1）会产生类似于硬复位的复位。nReset 引脚通过上拉电阻在内部连接到 VDD，因此为低电平有效。必须将 nReset 引脚拉低至少 1µs 才能产生传感器复位。 7.3.13. 寄存器保存和恢复指令 所有写入到寄存器的数据（工作配置和报警门限）都是暂存的。如果希望这些设置永久驻留，即失电后仍 能保存，需要用复制命令将这些数据存储到 E2PROM 中。 硬复位或软复位时，系统自动加载 E2PROM 数据到寄存器中。此外，也可以用恢复指令从 E2PROM 恢复 数据到寄存器中。 指令 十六进制编码 保存 page0 数据到 E2PROM 0xcc48 恢复 EE 区域 0xccb8 恢复 page1 0xccba 开 始 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I2C 地址 写 应 答 I2C写字头 图 7.10 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 151617 18 指令高字节 应 答 指令低字节 应 答 停 止 16位指令 寄存器保存和恢复位指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 7.3.14. 自动配置偏置电容指令 通过调用该 IIC 指令，可以实现被测电容偏置的自动配置。 连接被测电容，将 Cfb 寄存器的最高两位 cfb[7:6]设置成“11”后应用该指令，芯片会自动搜索穷举出最佳的偏置电容 Co，并根据当前测量到的稳 定电容值写入到偏置电容寄存器 Cos 中，若被测电容超过最大量程，Cos 会停在 FF。 www.mysentech.com 26 敏源传感科技有限公司 指令 十六进制编码 自动配置电容量程 0xA187 开 始 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I2C 地址 写 应 答 I2C写字头 图 7.11 www.mysentech.com 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 151617 18 指令高字节 应 答 指令低字节 应 答 停 止 16位指令 自动配置量程指令 （白色块由微控制器控制，传感器响应为灰色块） 27 敏源传感科技有限公司 8. 封装 QFN 3x3-20L 产品尺寸规格图 www.mysentech.com 28 敏源传感科技有限公司 附录一：不同电容测量范围的配置 通过访问§6.1 中寄存器 Cfb 和 Cos 来配置被测电容 Cx 的量程， 其中固定偏置的电容 Co,可变的电容测量 范围 Cr, 即可测的 Cx 范围为 Co-Cr 到 Co+Cr。 更多的配置寄存器方法，可参考开发板例程。 附表 1 可变电容 Cr 的配置表 Cfb[7：0] Cr（pf） Cfb[7：0] Cr （pf） Cfb [7：0] Cr（pf） Cfb[7：0] Cr（pf） C0 0.282 D0 4.788 E0 6.760 F0 11.267 C1 0.563 D1 5.070 E1 7.042 F1 11.548 C2 0.845 D2 5.352 E2 7.323 F2 11.830 C3 1.127 D3 5.633 E3 7.605 F3 12.112 C4 1.408 D4 5.915 E4 7.887 F4 12.393 C5 1.690 D5 6.197 E5 8.168 F5 12.675 C6 1.972 D6 6.478 E6 8.450 F6 12.957 C7 2.253 D7 6.760 E7 8.732 F7 13.238 C8 2.535 D8 7.042 E8 9.013 F8 13.520 C9 2.817 D9 7.323 E9 9.295 F9 13.802 CA 3.098 DA 7.605 EA 9.577 FA 14.083 CB 3.380 DB 7.887 EB 9.858 FB 14.365 CC 3.662 DC 8.168 EC 10.140 FC 14.647 CD 3.943 DD 8.450 ED 10.422 FD 14.928 CE 4.225 DE 8.732 EE 10.703 FE 15.210 CF 4.507 DF 9.013 EF 10.985 FF 15.492 附表 2 偏置电容 Co 的配置表 Cos[7:0] Coffset （pf） Cos[7:0] Coffset （pf） Cos[7:0] Coffset （pf） Cos[7:0] Coffset （pf） 00 0.00 40 32.00 80 40.00 C0 72.00 01 0.50 41 32.50 81 40.50 C1 72.50 02 1.00 42 33.00 82 41.00 C2 73.00 03 1.50 43 33.50 83 41.50 C3 73.50 04 2.00 44 34.00 84 42.00 C4 74.00 05 2.50 45 34.50 85 42.50 C5 74.50 06 3.00 46 35.00 86 43.00 C6 75.00 07 3.50 47 35.50 87 43.50 C7 75.50 08 4.00 48 36.00 88 44.00 C8 76.00 09 4.50 49 36.50 89 44.50 C9 76.50 0A 5.00 4A 37.00 8A 45.00 CA 77.00 0B 5.50 4B 37.50 8B 45.50 CB 77.50 0C 6.00 4C 38.00 8C 46.00 CC 78.00 www.mysentech.com 29 敏源传感科技有限公司 0D 6.50 4D 38.50 8D 46.50 CD 78.50 0E 7.00 4E 39.00 8E 47.00 CE 79.00 0F 7.50 4F 39.50 8F 47.50 CF 79.50 10 8.00 50 40.00 90 48.00 D0 80.00 11 8.50 51 40.50 91 48.50 D1 80.50 12 9.00 52 41.00 92 49.00 D2 81.00 13 9.50 53 41.50 93 49.50 D3 81.50 14 10.00 54 42.00 94 50.00 D4 82.00 15 10.50 55 42.50 95 50.50 D5 82.50 16 11.00 56 43.00 96 51.00 D6 83.00 17 11.50 57 43.50 97 51.50 D7 83.50 18 12.00 58 44.00 98 52.00 D8 84.00 19 12.50 59 44.50 99 52.50 D9 84.50 1A 13.00 5A 45.00 9A 53.00 DA 85.00 1B 13.50 5B 45.50 9B 53.50 DB 85.50 1C 14.00 5C 46.00 9C 54.00 DC 86.00 1D 14.50 5D 46.50 9D 54.50 DD 86.50 1E 15.00 5E 47.00 9E 55.00 DE 87.00 1F 15.50 5F 47.50 9F 55.50 DF 87.50 20 16.00 60 48.00 A0 56.00 E0 88.00 21 16.50 61 48.50 A1 56.50 E1 88.50 22 17.00 62 49.00 A2 57.00 E2 89.00 23 17.50 63 49.50 A3 57.50 E3 89.50 24 18.00 64 50.00 A4 58.00 E4 90.00 25 18.50 65 50.50 A5 58.50 E5 90.50 26 19.00 66 51.00 A6 59.00 E6 91.00 27 19.50 67 51.50 A7 59.50 E7 91.50 28 20.00 68 52.00 A8 60.00 E8 92.00 29 20.50 69 52.50 A9 60.50 E9 92.50 2A 21.00 6A 53.00 AA 61.00 EA 93.00 2B 21.50 6B 53.50 AB 61.50 EB 93.50 2C 22.00 6C 54.00 AC 62.00 EC 94.00 2D 22.50 6D 54.50 AD 62.50 ED 94.50 2E 23.00 6E 55.00 AE 63.00 EE 95.00 2F 23.50 6F 55.50 AF 63.50 EF 95.50 30 24.00 70 56.00 B0 64.00 F0 96.00 31 24.50 71 56.50 B1 64.50 F1 96.50 32 25.00 72 57.00 B2 65.00 F2 97.00 33 25.50 73 57.50 B3 65.50 F3 97.50 34 26.00 74 58.00 B4 66.00 F4 98.00 35 26.50 75 58.50 B5 66.50 F5 98.50 36 27.00 76 59.00 B6 67.00 F6 99.00 37 27.50 77 59.50 B7 67.50 F7 99.50 www.mysentech.com 30 敏源传感科技有限公司 38 28.00 78 60.00 B8 68.00 F8 100.00 39 28.50 79 60.50 B9 68.50 F9 100.50 3A 29.00 7A 61.00 BA 69.00 FA 101.00 3B 29.50 7B 61.50 BB 69.50 FB 101.50 3C 30.00 7C 62.00 BC 70.00 FC 102.00 3D 30.50 7D 62.50 BD 70.50 FD 102.50 3E 31.00 7E 63.00 BE 71.00 FE 103.00 3F 31.50 7F 63.50 BF 71.50 FF 103.50 www.mysentech.com 31