NST1001-QDNR

NST1001 (D-NTC®) 高精度、双引脚数字脉冲输出温度传感器 Datasheet (CN) 1.91 产品概述 NST1001 是一款高精度、双引脚数字脉冲输出型温度传 感器，属于纳芯微电子 D-NTC®系列。NST1001 在宽温度 范围内具有较高的输出精度，其特有的脉冲计数型数字 输出可直接与 MCU 的 GPIO 口连接使用，在保证精度的 同时可以降低 MCU 的资源占用并减少成本。NST1001 的 测温范围为-50°C 到 150°C，满足汽车、工业、家用电器 等场合对温度监测的需求。NST1001 仅有两个引脚，可 以使得 NST1001 芯片可轻松应用于双线数字温度探针或 者直接替代 NTC 热敏电阻。相较于传统的 NTC 热敏电 特征 阻，NST1001 使用更简单、数字化、更精确，其无需借 助系统校准或软硬件补偿的情况下就可以实现全温区内 的高精度温度检测。NST1001 内置 EMI 滤波器，使得其 - 0.2℃ (典型值) @ NST1001 - 0.2℃ (最大值) @ NST1001HA  工作温度范围：–50°C 至 150°C  25℃~45℃范围内精度: 可以用于存在较大干扰的设备中。由于 NST1001 工作电 流极低，可以通过 MCU 的 GPIO 供电，因此也可以用在 对功耗要求特别严格的无线物联网传感器节点中。  -20 ℃~85℃范围内精度: 0.5℃ (最大值)  -50℃~-20℃范围内精度: 0.75℃ (最大值)  85℃~150℃范围内精度: 0.75℃ (最大值) 应用场合  高分辨率：0.0625℃（1 LSB）  快速温度响应：硅油 τ63% 0.21S（DFN2L）  单次温度转换时间：50mS  超低功耗：工作电流 30µA，零待机功耗  电源电压范围：1.65V 到 5.5V  脉冲计数型数字输出，无需 AD 转换接口  封装形式  数字输出温度探针  工业物联网  白色家电  冷链物流  电池管理  体温检测 TO-92S (4mm x 3mm) （注 1） DFN2L (1.6mm x 0.8mm) 注 1：与 0603 电阻封装外形尺寸相同 Conversion Time Temperature Data with Pulse # 1.65V~5.5V GPIO1/VDD Power off GPIO2 Up to 2m MCU DQ NST1001 GND GND NST1001 典型误差曲线 双引脚温度传感器 Copyright © 2020, NOVOSENSE Page 1 NST1001 Datasheet (CN) 1.91 目录 1.0 极限参值 .......................................................................................................................................................................... 3 2.0 电气特性 ......................................................................................................................................................................... 3 2.1.电气特性 ............................................................................................................................................................................... 3 2.2.时序图 ................................................................................................................................................................................... 4 2.3.时序特征 ............................................................................................................................................................................... 5 3.0 典型性能特性 .................................................................................................................................................................. 5 4.0 功能描述 ......................................................................................................................................................................... 6 4.1.整体描述 ............................................................................................................................................................................... 6 4.2.特性描述 ............................................................................................................................................................................... 7 4.3.脉冲数与温度转换方程 ....................................................................................................................................................... 7 5.0 典型应用 ......................................................................................................................................................................... 8 5.1.一个单片机 GPIO 口的应用 ................................................................................................................................................. 8 5.2.零待机功耗的应用 ............................................................................................................................................................... 9 5.3.下拉电阻设计方案 ............................................................................................................................................................... 9 5.4.多点温度采集 ..................................................................................................................................................................... 10 5.5.温度隔离采集 ..................................................................................................................................................................... 10 6.0 封装信息 ....................................................................................................................................................................... 11 6.1.DFN2L 封装 .......................................................................................................................................................................... 11 6.2.TO-92S-2L 封装 .................................................................................................................................................................... 13 6.3.TO-92S-3L 封装 .................................................................................................................................................................... 14 7.0 订货信息 ....................................................................................................................................................................... 15 8.0 文件修订历史 ................................................................................................................................................................ 16 Copyright © 2020, NOVOSENSE Page 2 NST1001 1.0 Datasheet (CN) 1.91 极限参值 参数 标示 最小值 DQ电压 VDQ 储存温度 工作温度 TBoperation 典型值 最大值 单位 -0.3 6.5 V -60 155 ℃ -50 150 ℃ 155 ℃ 最大结温 HBM ±8 KV CDM ±1250 V 备注 ESD防护 2.0 电气特性 2.1. 电气特性 参数 标示 最小值 典型值 最大值 单位 备注 工作电压范围 Vpu 1.65 3.3 5.5 V 上拉电阻5kohm情况下 上拉电阻范围 Rpu 0.5 5 10 KΩ 供电 电源变化敏感度 16 m℃ /V VDQ变化范围为1.65V到 5.5V Iconv 30 45 µA 温度转换阶段 Icom 1 5 µA 脉冲通信阶段 150 ℃ 工作电流 量程与分辨率 量程 -50 分辨率 0.5 ℃ 25℃到45℃ (NST1001) -0.2 0.2 ℃ 25℃到45℃ (NST1001HA) -0.5 0.5 ℃ -20℃到85℃ (NST1001) -0.5 0.5 ℃ -20℃到85℃ (NST1001HA) -0.75 0.75 ℃ -50℃到-20℃ -0.75 0.75 ℃ 85℃到150℃ -0.5 精度 Copyright © 2020, NOVOSENSE ℃ 0.0625 ±0.2 Page 3 NST1001 Datasheet (CN) 1.91 脉冲计数输出 脉冲个数 @ 0℃ 个 801 脉冲个数范围 1 3201 单个脉冲分辨率 个 ℃ 0.0625 输出逻辑高 VH 输出逻辑低 VL 0.2 V DQ端允许电容 CDQ 2/Rpu µF Rpu为5K ohm时， CDQmax=400 pF 5 ms DQ拉低5ms以上可使 NST1001掉电 Vpu-0.3 V 上拉电阻为5KOhm DQ拉低复位时间 TRST DQ拉低复位时间 响应时间 硅油热响应时间 0.73 s TO-92S 63%最终稳定值 0.21 s DFN2L 空气热响应时间 4.61 s TO-92S 63%最终稳定值 2.94 s DFN2L 老化 0.1 漂移(1) ℃ 备注： 1. 漂移数据基于 1000 小时压力测试，条件为+125°C，VDD =5.5V。 2.2. 时序图 上电 Tdata Tconv 数据转换期 Tp 单脉冲 脉冲数通信期 最少1个，最多3201个脉冲 DQ TH TL 图 2.1 NST1001 时序图 Copyright © 2020, NOVOSENSE Page 4 NST1001 Datasheet (CN) 1.91 2.3. 时序特征 3.0 参数 标示 最小值 典型值 最大值 单位 单帧周期 Tframe 32 50 70 ms 数据转换期 TCONV 16 24 35 ms 脉冲通信期 Tdata 16 26 35 ms 单脉冲周期 Tp 5.3 8 11.3 µs 单脉冲周期高电平时间 TH 4 6 8.3 µs 单脉冲周期低电平时间 TL 1.3 2 3 µs 3201 个 88 KHz 单帧内脉冲个数 1 单帧内脉冲等效频率 189 125 备注 典型性能特性 在 TA = +25°C 和 V+ = 3.3 V，热响应测试下 T(initial) = 25℃ T(final) = 100℃。 图3.1 使用To-92S封装测试（温度公式4.1直接计算） 图 3.3 在空气中热响应测试（To-92S） Copyright © 2020, NOVOSENSE 图3.2 使用To-92S封装测试（温度分段公式4.2计算） 图 3.4 在空气中热响应测试（DFN2L） Page 5 NST1001 Datasheet (CN) 1.91 图 3.5 在硅油中热响应测试（To-92S） 4.0 图 3.6 在硅油中热响应测试（DFN2L） 功能描述 4.1. 整体描述 NST1001是一颗高精度的数字脉冲输出型温度传感器，其功能框图见图4.1。传感器芯片包含振荡器，温度ADC，信号调 理电路和控制接口。NST1001采用了多种高精度信号处理技术实现了高精度的温度信号处理，避免了工艺偏差等带来的误 差。同时NST1001都包含了一个OTP，出厂前每颗芯片都进行了温度标定，并将标定系数写入芯片，通过数字校准电路对温 度误差进行校准，从而保证了其全温区的精度。由于芯片自身平均功耗仅为15µA左右，芯片自热带来的温度检测误差几乎 可以忽略不计。 NST1001 共有两个引脚，DQ 和 GND。其中供电和信号输出都通过 DQ 引脚来完成。使用时，将 DQ 引脚通过一个上拉 电阻连接到电源 VDD（或者 MCU 的一个 GPIO），NST1001 即可从上拉电阻获得供电并进行温度转换。一次温度转换结束 后，NST1001 通过 DQ 引脚将温度信号以脉冲的形式发出，此时芯片内部电路通过一个储能电容临时供电。将 DQ 连接到 MCU 的一个 GPIO 上对脉冲进行简单的计数，就可以得到温度值。NST1001 上电以后即重复的进行温度转换和发送，每个温 度转换加上对外发送温度转换脉冲的周期为 50ms 左右。 DQ VDD_INT OSC Temp ADC Digital Processing Controller &OTP GND 图 4.1 NST1001 功能框图 Copyright © 2020, NOVOSENSE Page 6 NST1001 Datasheet (CN) 1.91 4.2. 特性描述 NST1001提供了利用数字脉冲输出来代表温度值的输出形式。NST1001上电后即周期的进行温度转换和温度数据发送。 每个周期共计需要时间约50ms，其中温度转换时间24ms，此时芯片工作电流约为30uA。温度数据发送时间为26ms，期间芯 片自身消耗的电流约为1µA。NST1001的上电以后数据传输格式如图4.2和图4.3所示。需要注意的是，为了方便某些情况下 MCU使用单次温度转换模式 (上电后仅读取第一次温度转换结果)，上电后第二次温度转换的数据没有发出。 50ms（典型值） 26ms（典型值） 脉冲数通信期 24ms（典型值） 数据转换期 8us 单脉冲 DQ 6us TH 2us TL 图 4.2 单次数据格式 上电 第一次温度转换 第二次温度转换 DQ 图 4.3 上电以后多次数据格式 4.3. 脉冲数与温度转换方程 NST1001 最小输出值为 1 个脉冲，最大输出值为 3201 个脉冲，分别对应最低温度-50 ℃和最高温度 150 ℃ 。当温度低 于-50 ℃或高于 150 ℃时，脉冲输出分别被钳位到-50 ℃和 150 ℃。需要注意的是，如果温度长期超过 150 ℃，可能会影响 芯片的使用寿命。NST1001 是通过计算输出的脉冲数来得到相应的温度值，具体的计算方法如下： Temp=Num×0.0625 ℃-50.0625 ℃ （ 4.1） 其中 Temp 是温度值， Num 是脉冲数 （1 ~ 3201）； Copyright © 2020, NOVOSENSE Page 7 NST1001 Datasheet (CN) 1.91 表 4-1 根据脉冲数温度转换方程计算得到的部分温度值与对应的脉冲数 温度（℃） 脉冲数 -50 1 -40 161 -20 481 0 801 30 1281 50 1601 100 2401 150 3201 为了获得到更好的温度精度，消除高低温的非线性温度差值，给出了分段温度计算公式，具体如下： T=Temp+( Temp-30 )×0.005 T=Temp T=Temp+(100-Temp)×0.012 Temp