M117B

M117B 202107-V4.0 M117B ±0.5℃精度、16bitADC、超低功耗、I2C 接口 数字温度传感芯片 1. 概述 M117B 是敏源传感数字模拟混合信号温度传感芯 片，最高测温精度±0.5℃，用户无需进行校准。温 度芯片感温原理基于 CMOS 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、 数字校准补偿后，数字总线输出，具有精度高、一 致性好、测温快、功耗低、可编程配置灵活、寿命 长等优点。 温度芯片内置 16-bit ADC，分辨率 0.004°C，具有 -70°C 到+150°的超宽工作范围。芯片在出厂前经 过 100%的测试校准，根据温度误差特性进行校准 系数的拟合，芯片内部自动进行补偿计算。芯片支 持数字 I2C 通信接口、测温数据内存访问、功能配 置等均可通过数字协议指令实现。I2C 接口适合高速 率的板级应用场景，最高接口速度可达 400kHz。 芯片内置非易失性 E2PROM 存储单元，用于保存芯 片 ID 号、高低温报警阈值、温度校准修正值以及用 户自定义信息，如传感器节点编号、位置信息等。 芯片另有 ALERT 报警指示引脚，便于用户扩展硬件 报警应用。 2. 特性    最高测温精度：±0.5℃ 测温范围：-70°C ~ +150°C 低功耗：典型待机电流 0.1µA@3.3V，测温峰 值电流 0.45mA@3.3V，测温平均电流 5.2μA （@3.3V，1s 周期） www.mysentech.com        宽工作电压范围：1.8V-5.5V 感温分辨率：16 位输出 0.004°C 温度转换时间可配置：10.5ms/5.5ms/4ms 可配制单次/周期测量 用户可设置温度报警 32 bit 额外 E2PROM 空间用于存放用户信息 标准 I2C 接口 3. 应用        板级温度监控 工农业环境温度 智能家电 智能家居 消费电子 冷链运输、仓储 测温仪器仪表 产品信息 型号 最高精度区间 封装 尺寸 M117B 0℃ to +50℃ DFN6L 2*2*0.75mm 备注：其他温度区间精度特性详见“测温性能指标”。 1 M117B 202107-V4.0 目录 1. 概述........................................................................................................................................................................... 1 2. 特性........................................................................................................................................................................... 1 3. 应用........................................................................................................................................................................... 1 4. 封装管脚描述........................................................................................................................................................... 3 5. 结构框图................................................................................................................................................................... 3 6. 典型应用电路........................................................................................................................................................... 4 7. 测温性能指标........................................................................................................................................................... 4 8. 电气规格................................................................................................................................................................... 5 8.1 绝对最大额定值............................................................................................................................................ 5 8.2 电气特性.........................................................................................................................................................5 8.3 交流电气特性-非易失性存储器...................................................................................................................6 9. 运行-测量温度......................................................................................................................................................... 6 9.1 温度输出和转换公式.................................................................................................................................... 6 9.2 配置寄存器和状态寄存器............................................................................................................................ 7 9.3 报警................................................................................................................................................................. 7 10. 存储系统................................................................................................................................................................. 9 10.1 存储器组织和访问...................................................................................................................................... 9 11. I2C 总线协议......................................................................................................................................................... 11 11.1. I2C 命令集................................................................................................................................................. 11 11.2. 操作与通信............................................................................................................................................... 11 11.3. 上电及通信起始....................................................................................................................................... 12 11.4. 开始测量................................................................................................................................................... 12 11.5. 设定配置寄存器指令............................................................................................................................... 12 11.6. 读取状态寄存器和配置寄存器指令...................................................................................................... 12 11.7. 复位状态寄存器指令............................................................................................................................... 13 11.8. 单次测量模式指令................................................................................................................................... 13 11.9. 单次测量模式下读取数据.......................................................................................................................14 11.10. 连续测量模式指令................................................................................................................................ 14 11.11. 连续测量模式下读取数据.................................................................................................................... 15 11.12. 停止连续测量模式指令........................................................................................................................ 15 11.13. 复位.........................................................................................................................................................16 11.13.1. 接口复位............................................................................................................................................. 16 11.13.2. 软复位/重新初始化........................................................................................................................... 16 11.13.3. 通用呼叫复位..................................................................................................................................... 16 11.13.4. 复位引脚复位..................................................................................................................................... 17 11.13.5. 硬复位................................................................................................................................................. 17 11.13.6. 报警限写入和读取命令..................................................................................................................... 17 11.14. 寄存器保存和恢复指令........................................................................................................................ 18 11.15. I2C 时序特性........................................................................................................................................... 18 12. 封装及 PCB 焊盘引脚尺寸图............................................................................................................................ 20 www.mysentech.com 2 M117B 202107-V4.0 4. 封装管脚描述 （正面透视图） 管脚编号 管脚名称 I/O 说明 2 1 SCL 输入/输出 I C 时钟线 2 GND — 地 3 ALERT 输出 报警指示 4 NC — 悬空 5 VDD — 电源 2 6 SDA 输入/输出 I C 数据线 导热焊盘 NC — 悬空或接地 备注：导热焊盘的导热设计建议可参见 FAQ。 5. 结构框图 MODE ADDR SDA I²C 串行 接口 数字控制 逻辑 温度传感器 和模数转换 SCL ALERT VDD GND E2PROM 寄存器 电源管理 8 位循环冗余校验 温度传感器的原理框图见上图。暂存器包含了两个字节的温度寄存器，存储来自于传感器的数字输出。另 外，暂存器和扩展暂存器提供了报警触发阈值寄存器。配置寄存器允许用户设定温度转换重复性和连续测 量频率。状态寄存器可以查询报警状态。数据可存入非易失性单元，芯片掉电时数据不会丢失。 www.mysentech.com 3 M117B 202107-V4.0 6. 典型应用电路 备注：M117B I2C 地址固定为 0x45。 7. 测温性能指标 参数 测温范围 温度误差 重复性 条件 符号 — tERR — 最小 典型 最大 — -70℃ — +150℃ 0℃ to +50℃ — ±0.5℃ -55°C to +125° — ±1.5℃ — -70°C to +150°C — ±2℃ — 低重复性设置 — 0.07℃ — 中重复性设置 — 0.05℃ — 高重复性设置 — 0.03℃ — 分辨率 — — — 0.004℃ — 响应时间 τ63 — — — 2s 长期漂移 — — — — 0.03°C/年 备注：重复性设置中，通过配置不同滤波带宽，实现不同输出精度，参见表 11.10-2。 www.mysentech.com 4 M117B 202107-V4.0 图 7-1 M117B 精度误差曲线 8. 电气规格 8.1 绝对最大额定值 以下为极限参数，对于器件在此极限条件或高于此极限条件的环境中的功能运行，本规格书并不适用。请 注意长期暴露于此极限环境会影响器件的可靠性。 参数 供电电压 VDD 引脚上的最大电压 引脚上的输入电流 运行温度范围 存储温度范围 焊接温度 ESD HBM (人体放电模式) 额定值 单位 -0.3 to 6 V -0.3 to 6 V ±100 mA -70 to 150 ℃ -70 to 150 ℃ 参考 IPC/JEDEC J-STD-020 规范 ±8 kV 8.2 电气特性 参数 符号 条件 最小 典型 最大 单位 5.5 V 20 V /ms 备注 电源 供电电压 VDD 电源压摆率 变化 VDD slew www.mysentech.com 1.8 — — 3.3 — VDD 线上 DDmin 和 VDDmax 之间的电 压变化应该比最大压 5 M117B 202107-V4.0 待机 供电电流 IDD 周期测量模 式 测量峰值 平均 输入逻辑低 输入逻辑高 输出低电平 电压 输入漏电流 报警输出驱 动强度 上拉电阻 — 0.1 1 uA — 55 — uA — 447 — uA — 5.2 — uA 0.3*VDD — 0.4 V V V 数字输入/输出 — — 0.7*VDD — — — VIL VIH VOL SCL, SDA SCL, SDA IOL = -3 mA IIN — -0.1 — 0.1 uA IOH — — 1.5* VDD — mA 1 10 100 kΩ Rup 摆率慢，更快的压摆 率可能导致复位。 传感器在单次测量模 式下不进行测量时的 电流 传感器在周期测量模 式下不进入睡眠 单次模式，高重复性， 1 次测量/s 8.3 交流电气特性-非易失性存储器 -55℃到+125℃；VDD=1.8V 到 5.5V 参数 非易失存储写周期 E2PROM 写次数 E2PROM 数据保留 符号 tWR NEEWR tEEDR 条件 — -55°C 到+55°C -55°C 到+55°C 最低 — 50000 — 典型 — — 10 最大 40 — — 单位 ms 次 年 9. 运行-测量温度 传感器上电后进入空闲状态，如要启动温度测量，主机必须发出 Convert T 指令。经过转换时间后，产生 的 16 位温度数据被存储在暂存器的 2 个字节的温度寄存器中。转换时间和重复性设置相关，重复性越高， 转换时间越长。上电后默认是高重复性配置。重复性设置参见“状态寄存器和配置寄存器” ，转换时间参见 “时间特性表”。 9.1 温度输出和转换公式 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。数据存放在暂 存器 temp_lsb，temp_msb 中。 www.mysentech.com 6 M117B 202107-V4.0 表 9 温度寄存器格式 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 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 LS 字节 MS 字节 和摄氏度的转换关系为: 例如， 40 ℃ 对应寄存器值 150 ℃ 对应寄存器值 -70 ℃ 对应寄存器值 0x 00 00 0x 6E 00 0x 92 00 9.2 配置寄存器和状态寄存器 配置寄存器包含 I2C 时钟拉伸，周期测量频率，以及重复性等设置位。该配置寄存器只能设定 I2C 模式下的 连续测量功能配置，具体配置寄存器内容描述见 I2C 总线协议章节。 9.3 报警 通过可编程门限，警报模式允许监测环境温度。当达到门限时，专用 ALERT 引脚的输出电平将发生变化。 此外，状态寄存器位有专门一位指示报警状态。使用 ALERT 引脚可以控制一个开关。或者可以连接到微控 制器的中断引脚。在传感器发出警报后，微控制器可以从睡眠模式唤醒，然后执行指定操作。 只要传感器进行了测量操作，警报模式就会激活。通过将最小设定值设置为大于等于最大设定值（TlSet>= ThSet）以取消警报模式。 可以通过相应的指令设置报警门限（见 I2C 命令集） 。不同的门限如下图所示。 www.mysentech.com 7 M117B 202107-V4.0 高限 Tha_Set 温度 低限 Tla_Set 报警 Alert 输出 图 9.3-1 警报模式的不同门限 报警门限以精简的格式存储，即仅存储最高有效 9 位，以和 16 位标准输出的最高有效 9 位进行比较，来判 断是否已满足报警条件，请参见下图。因此报警门限具有与测量值不同的分辨率。温度报警门限的分辨率 为ΔT≈0.5°C。请注意，数据始终以 16 位格式进行测量和存储。简化数据格式仅用于判断是否满足警报条 件。 15 14 13 12 11 10 9 温度输出高 9 位 8 7 6 5 4 3 2 1 0 X X X X X X X 图 9.3-2 报警门限的相关数据位 报警门限设置需要满足以下条件： ThSet>ThClear>TlClear>TlSet>=40 或 TlSet