MLX90615红外温度计数据表

MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 1/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 特性和益处特性和益处特性和益处特性和益处 � 小尺寸，低成本 � 易集成 � 出厂校准设置宽温度范围 -40 到 85 ˚C 传感器温度范围 -40 到 115 ˚C 物体温度范围 � 宽温度范围的高精度，精度为 0.5°C (Ta 和 To 都为 0到 +50°C) � 高 (医用) 精度校准 � 测量分辨率为 0.02°C � SMBus兼容的数字接口 � 省电模式 � 连续读数的客户定制 PWM输出 � 嵌入式发射率补偿 � 3V 电源电压 应用实例应用实例应用实例应用实例 � 高精度非接触温度测量 � 手提式温度计 � 耳温计 � 家用温度控制 � 卫生保健 � 家畜监控 � 多重区域温度控制 – 可通过公用两线连接 100 传感器 订购信息订购信息订购信息订购信息 零件编号 零件编号零件编号 零件编号： ：： ： MLX90615 温度编码 温度编码温度编码 温度编码 E (-40°C to 85°C) 封装编码 封装编码封装编码 封装编码 SG (TO-46) 准确率级别 准确率级别准确率级别 准确率级别 标准 标准标准 标准 –BAA 医用 医用医用 医用 –DAA 举例 举例举例 举例 : MLX90615ESG-BAA 1 功能图表功能图表功能图表功能图表 C1 value and type may differ in different applications for optimum EMC 2 SCL J1 CON1 SCL SDA GND Vdd SDA Vdd C1 0.1uF 3 VssU1 MLX90615 1 4 图 1 典型应用电路图– MLX90615 和 SMBus的连接 2 大概描述大概描述大概描述大概描述 MLX90615是用于非接触温度测量的红外温度计。对 IR灵 敏的热电堆探测器芯片和信号处理 ASSP被集成在同一 TO- 46 密封罐封装里。 由于集成了低噪声放大器，16位 ADC和强大的 DSP单 元，使得高度集成和高精度的温度计得以实现。 温度计具备出厂校准和数字 SMBus兼容界面。读数精度为 0.02°C。 MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 2/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 大概描述大概描述大概描述大概描述 (续续续续) MLX90615 内部有 2颗芯片，红外热电堆探测器和信号处理 ASSP MLX90325， 尤其是由 Melexis的处理 IR传感器输出的芯片。 器件有工业标准 TO-46 封装形式。 由于集成了低噪声放大器，16位 ADC和强大的 DSP的 MLX90325单元，使得高度集成和高精度的温度计得 以实现。计算所得的物体温度被存储在MLX90325 的 RAM 并且分辨率为 0.02 ˚C。此数值可通过串行两线 SMBus兼容获得或是器件的 10位 PWM格式获得。 MLX90615出厂校准的标准温度范围为： 环境温度为 -40 到 85 ˚C ，物体温度为 -40 到 115 ˚C。 作为标准，MLX90615出厂校准的物体发射率为 1。发射率可以简单地定制为 0.1到 1之间，并且不需要用黑 体来做重新校准。 MLX90615 可用电池供电。 封装中集成了可以滤除可见光和近红外辐射通量的光学滤波器 (可通过长波) 以提供日光免疫。 MLX90615 用 5.5 … 15 µm 的波长范围。 MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 3/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 3 目录目录目录目录 1 功能图表 ................................................................................................................................................................................................ 1 2 大概描述 ................................................................................................................................................................................................ 1 大概描述 (续) ............................................................................................................................................................................................ 2 3 目录 ....................................................................................................................................................................................................... 3 4 术语词汇表 ............................................................................................................................................................................................ 4 5 最大额定值 ............................................................................................................................................................................................ 4 6 电学特性 ................................................................................................................................................................................................ 6 7 详细描述 ................................................................................................................................................................................................ 8 7.1 模块图表......................................................................................................................................................................................... 8 7.2 信号处理原理.................................................................................................................................................................................. 8 7.3 模块描述......................................................................................................................................................................................... 8 7.3.1 放大器 ..................................................................................................................................................................................... 8 7.3.2 上电复位 (POR) ...................................................................................................................................................................... 8 7.3.3 EEPROM ................................................................................................................................................................................ 9 7.3.4 RAM...................................................................................................................................................................................... 10 7.4 SMBus 兼容两线协议 ................................................................................................................................................................... 10 7.4.1 功能描述 ............................................................................................................................................................................... 10 7.4.2 与标准 SMBus规范的区别 (参考资料 [1]) .............................................................................................................................. 10 7.4.3 详细描述 ............................................................................................................................................................................... 11 7.4.4 SMBus的 AC详细规格...................................................................................................................................................... 12 7.4.5 位传送................................................................................................................................................................................... 13 7.4.6 命令 ...................................................................................................................................................................................... 13 7.4.7 睡眠模式 ............................................................................................................................................................................... 14 7.5 PWM 和 SMBus之间的切换 ......................................................................................................................................................... 15 7.5.1 PWM 使能............................................................................................................................................................................. 15 7.5.2 请求状态 ............................................................................................................................................................................... 15 7.5.3 PWM未使能 ......................................................................................................................................................................... 15 7.6 PWM............................................................................................................................................................................................ 16 7.6.1 PWM 格式............................................................................................................................................................................. 16 7.6.2 PWM输出定制温度范围 ........................................................................................................................................................ 16 7.7 工作原理....................................................................................................................................................................................... 18 7.7.1 物体温度 To .......................................................................................................................................................................... 18 8 特点 ..................................................................................................................................................................................................... 19 9 性能图表 .............................................................................................................................................................................................. 19 9.1 MLX90615的温度精度 ................................................................................................................................................................. 19 9.2 视场 (FOV) ................................................................................................................................................................................... 20 10 应用信息 ............................................................................................................................................................................................ 21 10.1 应用配置为 SMBus的 MLX90615............................................................................................................................................... 21 10.2 应用配置为 SMBus 的多个 MLX90615s...................................................................................................................................... 21 10.3 PWM 输出 .................................................................................................................................................................................. 22 11 迈来芯产品在不同锡焊处理过程的标准信息 ....................................................................................................................................... 24 12 ESD 防范........................................................................................................................................................................................... 25 13 FAQ................................................................................................................................................................................................... 25 14 封装信息 ............................................................................................................................................................................................ 27 15 参考资料 ............................................................................................................................................................................................ 28 16 不承诺 ............................................................................................................................................................................................... 28 17 修订表格 ............................................................................................................................................................................................ 29 MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 4/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 4 术语词汇表术语词汇表术语词汇表术语词汇表 PTAT 与绝对温度传感器成比例 (封装温度) POR 上电复位 HFO 高频率振荡器 (RC) DSP 数字信号处理 FIR 有限脉冲响应。数字滤波器 IIR 无限脉冲响应。数字滤波器 IR 红外线 DC 直流 (对固定条件规格表) LPF 低通滤波器 FOV 视场 SDA,SCL 串行数据, 串行时钟 – SMBus 兼容通信引脚 Ta 从芯片中测量的环境温度– (封装温度) To 从 IR 传感器看到的物体温度 ESD 静电放电 EMC 电磁兼容性 TBD 未定义 5 最大额定值最大额定值最大额定值最大额定值 参数 MLX90615 电源电压， VDD (过压) 5V 电源电压， VDD (工作电压) 3.6 V 反向电压 0.5 V 工作温度范围， TA -40…+85°C 存储温度范围， TS -40…+125°C ESD 灵敏度 (AEC Q100 002) 2kV DC 方向电流, SDA 引脚 25 mA DC 箝位电流, SDA 引脚 10 mA DC 箝位电流, SCL 引脚 10 mA 表 1: MLX90615绝对最大额定值 超过绝对最大额定值会造成永久性损害。在扩展周期里暴露在绝对最大额定值会影响器件的可靠性。 MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 5/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 引脚定义和描述 图 2: MLX90615的引脚描述 引脚名字 功能 VSS 地。金属罐也连接到这个引脚上。 SCL 两线通信协议的连续时钟输入。引脚应用弱上拉电阻 (典型值为 300kΩ ) SDA/PWM 数字输入 / 输出开漏 NMOS。在 SMBus 模式里 (出厂默认) 串行数据 I/O。在 PWM 模式 – PWM 输出。引脚应用弱上 拉电阻 (典型值为 300kΩ ) VDD 外接电源电压 表 2: MLX90615引脚描述 注意： 因为 EMC和等温条件的原因，强烈建议除 Vss引脚外不允许其他引脚连接在金属罐。 运行两线接口模式的 SDA 引脚有输入斯密特触发器。 Top view 4 – VSS and case 1 - SDA /PWM 2 - VDD 3 - SCL MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 6/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 6 电学特性电学特性电学特性电学特性 所有参数是在 TA = 25 ˚C, VDD =3V 条件下给出的 (除非另有说明) 参数 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 电源 外部电压 VDD 2.7 3 3.3 V 电源电流 IDD 无负载 1 mA 电源电流 (编程) IDDpr 无负载， 擦除/写入 EEPROM 操 作 1.5 mA 断电电源电流 Isleep 无负载， SCL 和 SDA 为高电平 1.1 3 µA 上电复位 POR 水平 VPOR 上电，断电和调低 0.8 1.5 1.9 V VDD 上升时间 TPOR 确保 POR 信号 1 ms 有效输出 T valid 在 POR 之后 0.5 s EEPROM 数据容纳时间 Ta = +85°C 10 years 擦除/写入 周期 Ta = +25°C 100,000 Times 擦除/写入 周期 Ta = +85°C 40,000 Times 消除时间 Terase 5 ms 写入时间 Twrite 5 ms 脉宽调制 PWM 分辨率 PWMres 数据带宽 10 bit PWM 输出周期 PWMT,H,def 出厂默认高频 PWM, HFO 出厂校 准 1.024 ms PWM 输出周期 PWMT,L 低频 PWM, HFO 出厂校准 102.4 ms PWM 周期稳定性 dPWMT 内部出厂校准振荡器，超过整个 工作范围和电源电压 -15 +15 % 输出低电位 PWMLO Isink = 2 mA 0.2 V 输出反向电流 IsinkPWM Vout,L = 0.5V 10 mA MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 7/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 参数 符号 测试条件 最小值 典型 最大 单位 SMBus 兼容两线接口 输入高电压 VIH 1.6 2 2.4 V 输入高电压 VIH(Ta,V) 超过温度和电源电压 1.2 2 2.8 V 输入低电压 VIL 0.7 1.0 1.3 V 输入低电压 VIL(Ta,V) 超过温度和电源电压 0.5 1.0 1.5 V 输出低电压 VOL 超过温度和电源电压, Isink = 2mA 0.2 V SCL,SDA 漏电流 Ileak VSCL=VDD, VSDA=VDD, Ta=+85°C 0.25 uA SCL 电容 CSCL 10 pF SDA 电容 CSDA 10 pF 从动器地址 SA 出厂默认 5Bh hex SMBus 请求 tREQ SCL 低 21 39 ms 超时，低 Timeout,L SCL 低 27 32 39 ms 超时，高 Timeout,H SCL 高 52 64 78 us 确认建立时间 Tsuac(MD) 8-th SCL 下降沿， 主动器 TBD us 确认保持时间 Thdac(MD) 9-th SCL 下降沿， 主动器 TBD us 确认建立时间 Tsuac(SD) 8-th SCL 下降沿， 从动器 TBD us 确认保持时间 Thdac(SD) 9-th SCL 下降沿， 从动器 TBD us 注意：所有通信和刷新率是对给定名义校准 HFO频率的并且会随频率变化而变化。 *SMBus 兼容接口在 SMBus详细描述部分给出详细描述。一条总线上 MLX90615最多数目为 127，更多的器件需要更大 的上拉电流，更快速的总线数据传送率，并增加了总线上的无源负载。 MLX90615 始终是总线上的从动器件。MLX90615可以工作在低功耗和高功耗 SMBus 通信模式下。 如需特殊说明，所有电压是相对于 Vss (地)的 。 MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 8/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 7 详细描述详细描述详细描述详细描述 7.1 模块图表 模块图表模块图表 模块图表 图 3: 模块图表 7.2 信号处理原理 信号处理原理信号处理原理 信号处理原理 嵌入式 MLX90615 DSP 控制测量量度，计算物体和环境温度并且进行温度的后处理，将它们通过 SMBus兼 容接口或是 PWM模式输出。(取决于那个是激活状态) IR 传感器的输出被增益可编程的低噪声低失调电压消除放大器所放大，被 Sigma Delta 调制器转换为单一比特 流并反馈给 DSP做后续的处理。信号通过 FIR低通滤波器。FIR滤波器的输出为测量结果并存于内部的 RAM 中。基于以上的测量结果，对应的环境温度 Ta 和物体温度 To 被计算出。两者都有 0.02 ˚C的分辨率。 EEPROM的可编程附加 IIR 低通滤波器允许噪声和测量速度之间的折衷。IIR 也可以限制在视场中的假物体的 影响。 PWM 输出可以在 EEPROM里激活，正如 POR 默认的。 线性化的温度 (To 或 Ta, 在 EEPROM里选择) 可通 过自由运行的 PWM输出得到。 7.3 模块描述 模块描述模块描述 模块描述 7.3.1 放大器 放大器放大器 放大器 可编程增益的低噪声低失调电压放大器被用作放大 IR 传感器电压信号。在谨慎的设计输入调节器和平衡的输 入阻抗下，失调电压可低到 0.5µV。 7.3.2 上电复位 上电复位上电复位 上电复位 (POR) 上电复位 (POR) 连接到 Vdd 电源电压上。 当电源电压上升到高于 0.5V，片上 POR 电路提供一个主动的 POR 信号并保持MLX90615为复位状态直到 Vdd高于规定的 POR阈值电压 VPOR。在 POR激活时间段里，POR IR sensor OPA ADC FIR/IIR filters SMBus / PWM DSP t° Voltage Reference MLX90325 MLX90615 MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 9/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 信号在 SDA引脚处为弱的开漏结构。 MLX90615 退出 POR 状态，在 EEPROM里编写的功能对该引脚执行操 作。 7.3.3 EEPROM EEPROM 里限定数目的地址是客户感兴趣的。整个 EEPROM 可以通过 SMBus接口读和写。EEPROM 里在 地址 4h 和 Dh 之间的数据必须保持不变，否则出厂校准值会丢失。 EEPROM (16X16) 名字 地址 可写 SMBus 从动器地址 从动器地址从动器地址 从动器地址 (SA) / PWM 最小温度 最小温度最小温度 最小温度 0h Yes PWM 温度范围 温度范围温度范围 温度范围 1h Yes 配置 配置配置 配置 2h Yes 发射率 发射率发射率 发射率 3h Yes Melexis 保留 保留保留 保留 (出厂校准 出厂校准出厂校准 出厂校准) 4h Yes … … … Melexis 保留 保留保留 保留 (出厂校准 出厂校准出厂校准 出厂校准) Dh Yes ID 编号 编号编号 编号 Eh No ID 编号 编号编号 编号 Fh No SMBus 从动器地址 从动器地址从动器地址 从动器地址: 7 LSBs (6..0) 包括了 MLX90615会响应的 SMBus 从动器地址。注意所有 MLX90615 会 对 SA 00h 响应因此该数值在网络中是无效的。出厂默认值为 5Bh。 PWM 最小温度 最小温度最小温度 最小温度: PWM 输出最小温度限制为 15位字节 – 右对齐 (出厂默认为 355Bh，对应温度为+0.03°C) PWM 温度范围 温度范围温度范围 温度范围: PWM 输出温度范围为 15位字节 (Tmax – Tmin) – 右对齐 (出厂默认为 09B5h，对应的 PWM 范围为 +0.03…+50°C). Config 寄存器包括了控制字节以在 POR时设置温度计： 在 EEPROM 地址 02h里 设置 IIR [binary] 稳定时间 [samples] 尖峰响应 % 001 1 100 010 10 50 011 18 33.(3) 100 24 25 101 31 20 110 38 16.(6) 111 45 14.286 *注意: 应避免将 IIR 设置为 000b 发射率 发射率发射率 发射率: 包括发射率的修正数值。MLX90615 会补偿被测物体的发射率。寄存器的公式为： 发射率 = dec2hex[round(16384 x ε)] 其中 dec2hex[round(X)] 代表十进制转换为十六进制。（包括近似值的舍入，无切断）该情况下，物理 发射率数值为 ε 0…1。对 IR测量的发射率因素参考 FAQ 部分。 出厂设置为 3FFFh, 代表发射率为 1.0 (关断发射率修正) Bit 名字 出厂默认数值 功能 Bit 0 1 SMBus/ PWM 模式选择 1 – SMBus 0 - PWM Bit 1 0 PWM 频率(SMBus 模式里无用) 1 - Low 0 - High Bit 2 0 PWM 输出温度 1 - Ta 0 - To Bit [11:3] 器件特定 出厂校准不允许改变 Bits [14:12] 001b IIR 设置* Bit [15] 0 必须保持为 0 MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 10/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 7.3.4 RAM RAM 可以通过 SMBus 接口读出。RAM 寄存器的有限数目是客户感兴趣的，见下面表格里总结。 RAM (16x16) 名字 地址 读存取 Melexis reserved 0h Yes … … … Melexis reserved 5h Yes TA 6h Yes TO 7h Yes Melexis reserved 8h Yes … … … Melexis reserved Fh Yes TA 是 MLX90615 封装 (环境) 温度， TO 是物体温度。输出比例为 0.02°K/LSB。将读出物体温度转换为摄氏温 度的公式为： To [°C] = RAM(7h)*0.02 – 273.15 7.4 SMBus 兼容两线协议 兼容两线协议兼容两线协议 兼容两线协议 芯片支持 2 线串联协议， 引脚为 SDA 和 SCL。 • SCL – 数字输入， 用作 SMBus 兼容通信的时钟信号。在假定 EEPROM里 PWM是选定的情况下，该 引脚低电平脉冲持续 tREQ 时间后将器件切换为 SMBus模式。假定需要 PWM 操作，SCL 引脚应该保 持高电平。SMBus 模式是出厂默认的。(通过 EEPROM 设置) • SDA/PWM – 数字输入/ NMOS 开漏输出， 被用于 PWM和 SMBus的输入和输出。 (SMBus为出厂默 认功能) 7.4.1 功能描述 功能描述功能描述 功能描述 SMBus接口是 2-线协议的，允许主控器件(MD)和一个或一个以上的从动器件（SD）通信。在系统给定的时 刻里只有一个主控器件是可以利用的[1]。MLX90615 只作为从动器件使用。 一般来说，MD通过从动地址(SA)选择从动器件开始数据的传输。 MD 可以对 RAM和 EEPROM里的数据进行读取，并可对 14 EEPROM单元进行写入操作。(地址为 0..Dh) 如 果对MLX90615 进行读取操作，器件会回馈以 16位的数据和 8位 PEC，这是在器件内部 EEPROM编程的从 动地址和主动器件发送的 SA相同条件下实现的。SA 特征允许在两线上连接多达 127个器件，除非系统有在 参考资料[1]中图 5.2 所描述的一些特殊性能。在器件连接到总线之前，为了访问器件或是给 SD分配一个地 址，通信必须以 0 SA并跟随低 RWB位开始。当 MD发送此命令，MLX90615 总是会反馈并忽视内部芯片编 码信息。 注意 注意注意 注意 EEPROM 地址为 地址为地址为 地址为 4h…Dh 包含出厂校准数值 包含出厂校准数值包含出厂校准数值 包含出厂校准数值， ，， ，最好不要变动 最好不要变动最好不要变动 最好不要变动。 。。 。 特别注意不要在同一总线相同 特别注意不要在同一总线相同特别注意不要在同一总线相同 特别注意不要在同一总线相同 SD地址放两个 地址放两个地址放两个 地址放两个MLX90615器件 器件器件 器件， ，， ，因为 因为因为 因为 MLX90615不支持 不支持不支持 不支持 ARP[1]. MD可以使MLX90615 进入低功耗的“睡眠模式”。 7.4.2 与标准 与标准与标准 与标准 SMBus规范的区别 规范的区别规范的区别 规范的区别 (参考资料 参考资料参考资料 参考资料 [1]) 对于标准 SMBus接口有十一个命令协议。MLX90615 支持其中两个。不支持的命令有： • 快速命令 • 字节命令 – 发送字节，接收字节 ，写入字节和读取字节 • 进程访问 • 模块命令 – 模块写入和写入模块读取进程访问 支持的命令有： MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 11/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 • 读取数据 • 写入数据 7.4.3 详细描述 详细描述详细描述 详细描述 MLX90615 的 SDA引脚可以以 PWM格式输出，取决于 EEPROM的设置。如果 PWM使能，在上电复位 （POR）之后，SDA引脚被直接配置为 PWM输出。可以回避掉 PWM模式并且引脚可以通过分配 SMBus请 求状态恢复到串行数据功能。如果 SMBus是 POR默认的模式，请求是不需要发送的。 图 4: SMBus 请求，开始和结束状态 重复开始状态是和开始状态相同的。在 SCL和 SDA/PWM线上的所有状态在下面详细描述。 7.4.3.1 总线协议 总线协议总线协议 总线协议 图 5: SMBus包裹元件 SCL SDA/PWM Start Stop t REQ PWM SMBus S Wr Slave Address A Data Byte A P S 开始状态 Sr 重复开始状态 Rd 读取 (位数值为 1) Wr 写入 (位数值为 0) A 确认 (0 为确认 ACK， 1 为非确认 NACK) P 中断状态 PEC 包裹错误代码 主控器到从动器 从动器到主控器 1 1 7 1 8 1 1 MLX90615 红外温度计红外温度计红外温度计红外温度计 3901090615 12/29 数据表 Rev 003 25/4/2008 在 SD接收到每个 8位数据之后，ACK/NACK取代之。当 MD初始化通信，它首先发送受控地址，只有认出该 地址的 SD会确认而其它的则保持沉默。如果 SD未确认其中一个字节，MD应该停止通信并重新发送信息。 NACK应该在 PEC之后接收。这意味着在接收信息里有错误并且 MD应该重新发送信息。PEC 计算结果包括 除过 START, REPEATED START, STOP, ACK, 和 NACK 位的所有位。PEC 是多项式为 X8+X2+X1+1的 CRC-8。 每个字节的最高有效位应该首先传送。 7.4.3.1.1 读取数据 读取数据读取数据 读取数据 (取决于命令 取决于命令取决于命令 取决于命令– RAM 或 或或 或 EEPROM) 图 6: SMBus 读取数据格式 7.4.3.1.2 写入数据 写入数据写入数据 写入数据 (只有 只有只有 只有 EEPROM ) 图 7: SMBus 写入数据格式 注意: 在对 EEPROM写入操作之前，单元要先清除。清除操作就是简单地在 EEPROM地址里写入 0000h。注 意不要更改出厂校准数值。 (EEPROM 地址为 4…Dh) 7.4.4 SMBus的 的的 的 AC详细规格书 详细规格书详细规格书 详细规格书 7.4.4.1 时序 时序时序 时序 MLX90615 满足除过电学规范部分给