Дмитрий Цветков
Надежность и стабильность системы любой сложности напрямую зависит от температуры как окружающей среды, так и отдельно взятых узлов самой системы. Предлагаемая статья посвящена обзору встраиваемых температурных датчиков и контроллеров компании ON Semiconductor, отвечающих за мониторинг температуры узлов системы и напряжений питания многоканальных источников питания, управление вентиляторами и контроль состояния отвода тепла.
Температурные датчики и мониторы питания ON Semiconductor условно можно разделить на три группы:
- удаленные датчики температуры,
- контроллеры системной температуры и вентиляторов отвода тепла,
- контроллеры наблюдения и управления за сложной системой.
Назначением удаленных датчиков температуры и системных мониторов температуры является измерение температуры с помощью встроенного или внешнего термодатчика (см. табл. 1). Передача цифрового значения температуры и прием команд управления осуществляется по шине SMBus/I2C и SST (Simple Serial Transport - упрощенный последовательный протокол передачи данных). Дополнительной функцией является формирование сигналов события в соответствии с указанными командами, т.е. предварительный мониторинг температуры. Области применения таких датчиков - материнские платы современных бытовых и промышленных ПК, встраиваемая бытовая техника, промышленная аппаратура.
Таблица 1. Мониторы удаленных датчиков температуры
|
Наименование |
Назначение |
Датчик |
Шина |
Напря- |
Макс. ток |
Точность |
Рабочий |
Корпус |
|||
|
Встро- |
Удален- |
SMBus |
I2C |
SST |
|||||||
|
CAT6095VP2 |
Контроллер встроенного |
√ |
– |
√ |
– |
– |
3.0…3.6 |
|
±3.00 |
–40…125 |
TDFN-8 |
|
ADM1021AARQZ |
Контроллер удаленного |
√ |
√ |
√ |
– |
– |
3.0…5.5 |
0.20 |
±3.00 |
–55…125 |
QSOP-16 |
|
ADM1023ARQZ |
Контроллер удаленного |
√ |
√ |
√ |
– |
– |
3.0…5.5 |
0.20 |
±1.00 |
0…120 |
QSOP-16 |
|
ADM1032ARMZ |
Контроллер удаленного |
√ |
√ |
√ |
– |
– |
3.0…5.5 |
0.22 |
±1.00 |
0…120 |
Micro8 |
|
ADT7421ARMZ |
Контроллер удаленного |
√ |
√ |
– |
√ |
– |
3.0…3.6 |
5.00 |
±1.75 |
–40…125 |
Micro8 |
|
ADT7461AARMZ |
Контроллер удаленного |
√ |
√ |
√ |
– |
– |
3.0…3.6 |
0.35 |
±1.00 |
–40…125 |
Micro8 |
|
ADT7481ARMZ |
Контроллер двух |
√ |
√ |
√ |
– |
– |
3.0…3.6 |
0.35 |
±1.00 |
–40…125 |
Micro-10 |
|
ADT7482ARMZ |
√ |
√ |
√ |
– |
– |
3.0…3.6 |
0.35 |
±1.00 |
–40…125 |
Micro-10 |
|
|
ADT7483AARQZ |
√ |
√ |
√ |
– |
– |
3.0…3.6 |
0.35 |
±1.00 |
–40…125 |
QSOP-16 |
|
|
ADT7484AARMZ |
Контроллер удаленного |
√ |
√ |
– |
– |
√ |
3.0…3.6 |
5.00 |
±1.00 |
–40…125 |
Micro8 |
|
ADT7485AARMZ |
Контроллер удаленного |
– |
– |
– |
– |
√ |
3.0…3.6 |
5.00 |
±1.00 |
–40…125 |
Micro-10 |
|
ADT7486AARMZ |
Контроллер двух |
√ |
√ |
– |
– |
√ |
3.0…3.6 |
5.00 |
±1.00 |
–40…125 |
Micro-10 |
|
ADT7488AARMZ |
Контроллер двух |
– |
– |
– |
– |
√ |
3.0…3.6 |
5.00 |
±1.00 |
–40…125 |
Micro-10 |
Рассмотрим работу температурного датчика из этой группы на примере новинки CAT6095 (рис. 1), которая представляет собой полностью законченное решение для удаленного контроля температуры отдельных узлов сложного устройства (например, материнской платы современного ПК). Основой микросхемы является датчик температуры, соответствующий стандарту JEDEC JC42.4, и выполняющий 10 и более измерений температуры за одну секунду. Измеренная температура автоматически преобразуется с помощью сигма-дельта АЦП в 12-битный цифровой код и записывается в регистр хранения измеренной температуры (Temperature Data Register - TDR). Разрешение датчика может достигать 0.0625 °С (в 12-битном режиме).
Рис. 1. Функциональная схема датчика температуры CAT6095
Обращение к внутренним регистрам CAT6095 осуществляется через двухпроводную последовательную шину SMBus/I2C (SCL, SDA, A[2:0]). На одной шине можно параллельно подключить до восьми (включительно) этих же датчиков температуры или других микросхем, совместимых с SMBus/I2C. Номер микросхемы на шине определяется статически заданными логическими уровнями на адресных входах A2, A1 и A0.
В качестве дополнительной функции в микросхему встроен узел автоматического контроля выхода текущей измеренной температуры за указанные границы: верхняя граница - HLR (High Limit Register), нижняя граница - LLR (Low Limit Register). В случае такого выхода за границы (они должны быть заранее записаны в соответствующие регистры) на выводе EVENT возникает низкий уровень (выход с открытым коллектором).
С целью сокращения теплового сопротивления между корпусом CAT6095 и печатной платой в корпус микросхемы встроена пластина, электрически соединенная с выводом Vss. Корпус микросхемы TDFN-8 имеет размер 2×3 мм, что в значительной степени сокращает не только место, занимаемое микросхемой, но и время реакции датчика (инерционность) на изменения температуры.
В датчиках ONS также используется и другой распространенный принцип измерения температуры, основанный на внешнем температурном датчике - термотранзистор (работающий в режиме термодиода). Такой датчик в настоящее время включается непосредственно в состав кристалла мощных современных процессоров с целью максимально точного определения температуры кристалла. Благодаря этому включению диапазон измерения температуры расширяется до –55...150 °С.
Следующая группа - контроллеры системной температуры и вентиляторов для отвода тепла со встроенными узлами измерения температуры с внешних термодатчиков/термодиодов, автоматическим управлением вентиляторами отвода тепла (FAN) и контролем за их состоянием (см. табл. 2). Обмен данными с внешними датчиками температуры и главным управляющим контроллером (в материнских платах - т.н. chipset) осуществляется по шине SMBus/I2C. К основным особенностям контроллеров этой группы можно отнести непосредственное управление внешними драйверами (ключами) вентиляторов с помощью ШИМ, контроль их скорости вращения, дополнительные выводы для формирования прерываний с целью увеличения скорости реакции системы на аварийные ситуации.
Таблица 2. Температурные контроллеры вентиляторов теплоотвода
|
Наименование |
Число |
Число |
Число |
Число |
Число |
Напря- |
Макс. |
Рабочий |
Корпус |
|
ADM1024ARUZ |
2 |
5 |
2 |
0 |
0 |
2.8…5.5 |
3.5 |
0…100 |
TSSOP-24 |
|
ADM1029ARQZ |
– |
– |
– |
– |
– |
3.0…5.5 |
3.0 |
0…100 |
QSOP-24 |
|
ADM1030ARQZ |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
3.0…5.5 |
3.0 |
0…100 |
QSOP-16 |
|
ADM1031ARQZ |
2 |
0 |
2 |
2 |
0 |
3.0…5.5 |
3.0 |
0…100 |
QSOP-16 |
|
ADM1033ARQZ |
1 |
2 |
1 |
0 |
1 |
3.0…5.5 |
3.0 |
–40…125 |
QSOP-16 |
|
ADM1034ARQZ |
2 |
2 |
2 |
0 |
2 |
3.0…3.6 |
3.0 |
–40…125 |
QSOP-16 |
|
ADT7460ARQZ |
2 |
2 |
4 |
3 |
0 |
3.0…5.5 |
3.0 |
–40…120 |
QSOP-16 |
|
ADT7463ARQZ |
2 |
6 |
4 |
3 |
0 |
3.0…5.5 |
3.0 |
–40…120 |
QSOP-24 |
|
ADT7467ARQZ |
2 |
2 |
4 |
3 |
0 |
3.0…5.5 |
3.0 |
–40…120 |
QSOP-16 |
|
ADT7473ARQZ |
2 |
2 |
4 |
3 |
0 |
3.0…3.6 |
3.0 |
–40…125 |
QSOP-16 |
|
ADT7475ARQZ |
2 |
2 |
4 |
3 |
0 |
3.0…3.6 |
3.0 |
–40…125 |
QSOP-16 |
|
ADT7476AARQZ |
2 |
6 |
4 |
3 |
0 |
3.0…3.6 |
3.0 |
–40…125 |
QSOP-24 |
|
ADT7476ARQZ |
2 |
6 |
4 |
3 |
0 |
3.0…3.6 |
3.0 |
–40…125 |
QSOP-24 |
|
ADT7490ARQZ |
2 |
7 |
4 |
3 |
0 |
3.0…3.6 |
5.0 |
–40…125 |
QSOP-24 |
Материнские платы современных бытовых и промышленных ПК, устройства бытового назначения средней сложности, промышленная аппаратура, одноплатные процессорные модули - типичные области применения контроллеров этой группы.
Контроллеры управления и наблюдения за системой - многоканальные мониторы напряжений питания и вентиляторов отвода тепла в системах высокой сложности (см. табл. 3). Предназначены для измерения напряжений питания многоканальных источников питания, входящих в состав сложных систем, чтения показаний удаленных датчиков температуры и удаленных датчиков на базе термодиодов по шине SMBus/I2C, полного управления вращением трех- и четырехпроводных вентиляторов отвода тепла. Эти контроллеры также выполняют функции программного управления внешними источниками питания, формируют глобальную цепь сброса, обеспечивают возможность работы с кнопкой внешнего включения системы, т.е. низкоуровневые функции контроля и управления жизненно важными узлами современных систем высокой и очень высокой сложности.
Таблица 3. Контроллеры управления и наблюдения за системой
|
Наименование |
Число |
Число |
Число |
Число |
Число |
Число |
Напря- |
Макс. |
Рабочий |
Корпус |
|
ADM1026JSTZ |
2 |
15 |
8 |
0 |
0 |
8/16 |
3.0…5.5 |
4.0 |
0…100 |
QFP-48, LQFP-48 |
|
ADT7462ACPZ |
3 |
13 |
8 |
4 |
0 |
8 |
3.0…5.5 |
4.0 |
–40…125 |
LFCSP-32 |
Области применения контроллеров - материнские платы современных бытовых и промышленных ПК, развитые системы сбора и обработки информации, одноплатные процессорные модули.
Заключение
Благодаря достижениям компании ON Semiconductor, для построения полноценной системы контроля над температурой системы теперь нет нужды каждый раз заново изобретать узлы для измерения температуры различных участков системы, узлы управления вентиляторами отвода тепла, контроля их состояния, скорости вращения. Богатое разнообразие однокристальных решений практически полностью избавляет от этой работы: достаточно выбрать подходящий компонент, включить его в состав устройства на базе типовой схемы и отладить программную часть проекта для обмена данными с выбранными компонентами ONS по единой двухпроводной шине SMBus/I2C.
