M1601Z

M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 M601 M1601 M1820 ±0.1℃精度、16bitADC、超低功耗、1-wire 接口 数字高精度温度传感芯片 1. 概述 M601、M1601、M1820 系列是高精度数字模拟混 合信号温度传感芯片，最高测温精度±0.1℃，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。芯片有唯一的 64 位 ID 序列号，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。为了简化系统应用，芯片的 ID 搜 索、测温数据内存访问、功能配置等均基于数字单 总线协议指令，上位机微处理器只需要一个 GPIO 端口便可进行读写访问。单总线通信接口通过共用 一根数据总线来实现多节点传感采集与组网的低成 本方案，传输距离远、支持节点数多，便于空间分 布式传感组网。最多可支持 100 个节点 100 至 500 米长的测温节点串联组网。 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。 M601 系列（M601、M601Z、M601W）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：±0.1℃ 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） 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 每颗芯片有 64bit 的 ID 序列号，便于多点组网 寻址 标准单总线接口 3. 应用         智能穿戴 电子体温计 动物体温检测 医疗电子 冷链物流、仓储 智能家居 热表气表水表 替代 PT100/PT1000 产品信息 型号 最高精度区间 封装 尺寸 M601 +28℃to +43℃ DFN8 2*2*0.55mm M601Z 0℃ to +50℃ DFN8 2*2*0.55mm M601W +20℃ to +70℃ DFN8 2*2*0.55mm M601P -20℃ to +30℃ DFN8 2*2*0.55mm M1601 +28℃to +43℃ SOT23-3 2.9*2.8*1.1mm M1601Z 0℃ to +50℃ SOT23-3 2.9*2.8*1.1mm M1601W +20℃ to +70℃ SOT23-3 2.9*2.8*1.1mm M1601P -20℃ to +30℃ SOT23-3 2.9*2.8*1.1mm M1820Z 0℃ to +50℃ TO92S — M1820W +20℃ to +70℃ TO92S — M1820P -20℃ to +30℃ TO92S — 备注：其他温度区间精度特性详见“7.测温性能指标”。 www.mysentech.com 1 M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 目录 1. 概述 ..................................................................................................................................................................................1 2. 特性 ..................................................................................................................................................................................1 3. 应用 ..................................................................................................................................................................................1 4. 封装管脚描述及实物图 ................................................................................................................................................ 3 4.1 M601 封装管脚图（DFN8） ...........................................................................................................................3 4.2 M1601 封装管脚图(SOT23-3) ........................................................................................................................3 4.3 M1820 封装管脚图（TO92S） .......................................................................................................................4 5. 结构框图 ......................................................................................................................................................................... 4 6. 典型应用电路 .................................................................................................................................................................5 6.1 M601 单总线典型应用电路原理图 ................................................................................................................. 5 6.2 M1601/M1820 单总线典型应用电路原理图 ...............................................................................................5 7. 测温性能指标 .................................................................................................................................................................6 8. 电气规格 ......................................................................................................................................................................... 8 8.1 绝对最大额定值 ..................................................................................................................................................8 8.2 电气特性 .............................................................................................................................................................. 8 8.3 交流电气特性-非易失性存储器 .......................................................................................................................9 9. 运行-测量温度 ...............................................................................................................................................................9 9.1 温度输出和转换公式 ......................................................................................................................................... 9 9.2 配置寄存器和状态寄存器 .............................................................................................................................. 10 9.3 报警 .................................................................................................................................................................... 11 9.4 通讯接口 ............................................................................................................................................................13 10. 存储系统 .................................................................................................................................................................... 13 10.1 64 位 ROM 编码 ............................................................................................................................................ 13 10.2 存储器组织和访问 .........................................................................................................................................13 11. 单总线系统 ................................................................................................................................................................ 15 11.1 硬件配置 ......................................................................................................................................................... 15 11.2 循环冗余校验（CRC） ................................................................................................................................ 16 11.3 传输序列 ......................................................................................................................................................... 17 11.4 初始化 ..............................................................................................................................................................17 11.5 ROM 操作指令 ..............................................................................................................................................17 11.6 功能指令 ......................................................................................................................................................... 18 11.7 单总线信号时序 .............................................................................................................................................20 11.8 温度传感器运行示例 1 .................................................................................................................................22 11.9 温度传感器运行示例 2 .................................................................................................................................23 11.10 单总线时序特性 .......................................................................................................................................... 23 12. 封装图 ........................................................................................................................................................................ 25 12.1 M601 封装及 PCB 焊盘引脚尺寸图 .......................................................................................................... 25 12.2 M1601 封装图 SOT23-3（2.9Χ2.8Χ1.1mm） ......................................................................................27 12.3 M1820 封装图 M1820 (TO92S) ............................................................................................................... 28 www.mysentech.com 2 M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 4. 封装管脚描述及实物图 4.1 M601 封装管脚图（DFN8） 正面透视图 实物图 管脚编号 管脚名称 I/O 说明 1 VDD — 电源 2 ALERT 输出 报警指示 3 DQ 输入/输出 单总线数字接口 4 NC — 悬空 5 GND — 地 6 NC — 悬空 7 NC — 悬空 8 NC — 悬空 导热焊盘 NC — 悬空或接地（1） 备注 1：电路设计时，导热焊盘悬空或接地。 1）若贴在 PCB 上，推荐导热焊盘接地；2）若导热焊盘贴金属片用于接触式体温检测，则推荐不接地。 4.2 M1601 封装管脚图(SOT23-3) 正面透视图 www.mysentech.com 实物图 3 M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 4.3 管脚编号 管脚名称 I/O 说明 1 VDD — 电源 2 DQ 输入/输出 单总线数字接口 3 GND — 地 M1820 封装管脚图（TO92S） 正面透视图 仰视图 实物图 管脚编号 管脚名称 I/O 说明 1 GND — 地 2 DQ 输入/输出 单总线数字接口 3 VDD — 电源 5. 结构框图 DQ 单总线 串行 接口 数字控制 逻辑 ALERT VDD GND 温度传感器 和模数转换 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。64 位 ROM 存储了器件的唯一 ID 序列号，暂存器包含了两个字节的温度 www.mysentech.com 4 M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 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。 6. 典型应用电路 6.1 M601 单总线典型应用电路原理图 备注：将 ALERT 引脚直接接入微控制器中断引脚或电子开关，设备初始化时配置温度报警阈值，测温过程 中无需频繁读取软件报警标志位，可根据采集到的 ALERT 引脚电平状态获得实时温度报警信息。 6.2 M1601/M1820 单总线典型应用电路原理图 备注 1：长线缆或多点驱动条件下，请尽可能保证供电电压在 3.3V 以上。 备注 2：长线缆或多点驱动条件下，上拉阻值优先考虑 1K 阻值。 备注 3：5V 电压、1K 上拉电阻条件下，单总线可串联 100 颗 M601/M1601/M1820，线缆最长可达 500 米。 www.mysentech.com 5 M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 7. 测温性能指标 参数 符号 条件 最小 典型 测温范围 — — -70℃ — — — M601/ M1601 M601Z/ — — ±0.2℃@-10℃ to 0℃& +50℃ to+60℃, M601W/ ±0.1℃@+20℃to +70℃, — — ±0.2℃@0℃ to+20℃&+70℃ to +75℃, M1820W ±0.5@-20℃ to 0℃ & +75℃ to +90℃ M601P/ ±0.1℃@-20℃ to +30℃, — — M1820P ±0.2℃@-30℃to -20℃&+30℃to+40℃, ±0.5℃@-70℃to -30℃&+40℃to +70℃ ±1.5℃ M601/M1601/M6 01Z/M1601Z/M18 — @-55°C to 20Z/M601W/M16 +125°C 01W/M1820W/M6 ±2℃ 01P/M1601P/M18 — 20P — ±0.5℃@-10℃ to+28°C&+43°Cto +60℃ ±0.5℃@-30℃ to -10℃&+60℃to+70℃ M1601P/ 重复性 ±0.1℃@+28°C to +43°C, M1820Z M1601W/ tERR +150℃ ±0.1℃@0℃ to +50℃, M1601Z/ 温度误差 最大 @-70°C to — — +150°C 低重复性设置 — 0.07℃ — 中重复性设置 — 0.05℃ — 高重复性设置 — 0.03℃ — 0.004℃ — 分辨率 — — — 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 9.2-2。 图 7- 1 www.mysentech.com M601/M1601 精度误差曲线 6 M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 图 7- 2 图 7- 3 图 7- 4 www.mysentech.com M601Z/M1601Z/M1820Z 精度误差曲线 M601W/M1601W/M1820W 精度误差曲线 M601P/M1601P/M1820P 精度误差曲线 7 M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 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) 8.2 电气特性 参数 符号 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 条件 最小 典型 最大 单位 3.3 5.5 V 备注 电源 供电电压 VDD 1.8 VDD 线上 VDDmin 电源压摆率 VDD 变化 slew — — — 20 V /ms 和 VDDmax 之间的 电压变化应该比最大 压摆率慢,更快的压 摆率可能导致复位。 传感器在单次测量 待机 — 0.1 1 uA 模式下不进行测量 时的电流 供电电流 IDD 周期测量模式 — 55 — uA 测量峰值 — 447 — uA 平均 — 5.2 — uA — — 2 — ms 0.3*VDD V — 0.4 V 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 上电后进入 空闲状态前 tPU 的等待时间 数字输入/输出 输入逻辑低 VIL DQ — 输入逻辑高 VIH DQ 0.7*VDD 输出低电平 VOL IOL = -3 mA — www.mysentech.com — — — V 8 M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 电压 输入漏电流 报警输出驱 动强度 上拉电阻 IIN — -0.1 — 0.1 uA IOH — — 1.5* VDD — mA 1 10 100 kΩ 最低 — 50000 — 典型 — — 10 Rup 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。 表 9.1 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 www.mysentech.com 9 M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 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 MPS 每秒测量次数配置即为连续测量时间间隔设置，当 MPS 设定为除单次以外其他任意配置时，默认连 续测量模式设定完毕，当主机发送温度转换指令 convert T 之后芯片即自动开始固定时间间隔温度转换， 无需再次发送测温指令，根据测量间隔定时读取暂存器温度数据即可。重复性 Repeatability 直接影响测量 温度的转换时间；修改相应的重复性即需要在测温转换后等待足够对应的时间。 表 9.2- 1 配置寄存器（cfg） 位 内容描述 默认数值 7 6:5 1：温度报警功能开启；0：温度报警功能关闭 ‘0’ 预留 ‘00’ 周期测量频率配置 MPS 000：单次 001：每秒 0.5 次 4:2 010：每秒 1 次 ‘000’（注 1） 011：每秒 2 次 100：每秒 4 次 101：每秒 10 次 重复性设置 Repeatability 00：低可重复性 1:0 ‘00’（注 2） 01：中等可重复性 10：高可重复性 备注 1：默认周期测量配置为单次测量，可根据需要配置测量频率，低可重复性下最快约 133 次/秒，中可 重复性下最快约 111 次/秒，高可重复性下最快约 70 次/秒。 具体为：按所需测量频率，计算每一次测量所需时间，所需延时为：单次测量时间减去温度转换时 间、测温指令时间及读温指令时间，用 Delay 延时函数写在循环的最后，即可实现所需测量频率。 备注 2：重复性和转换时间是直接折衷关系，重复性越高，转换时间越长；重复性越低，转换时间越短；见 下表 9.2-2。 表 9.2- 2 转换时间和重复性设置 重复性设置 R0 0 0 0 1 1 0 精度 低 中 高 转换时间 tCONV 4ms 5.5ms 5.5ms 10.5ms 10.5ms 状态寄存器包含测量命令状态，警报状态以及最后一个命令执行和最后一个写序列的状态等信息。状态寄 存器的内容描述见表 9.2-3。 www.mysentech.com 10 M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 表 9.2- 3 状态寄存器（status） 位 7:4 内容描述 默认数值 ‘0000’ 保留 系统复位检测 0：未检出 1：检出 温度报警跟踪 0：温度报警未触发 1：温度报警触发 保留 周期测量指令状态 0：不测量 1：测量温度 3 2 1 0 ‘0’ ‘0’ ‘0’ ‘0’ 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（表 11.6 单总线指令集）。不同的门限如下图所示。 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 www.mysentech.com 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 11 M601 M1601 M1820 系列 202209-V4.5 温度输出高 9 位 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