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0.1℃精度、16bitADC、超低功耗、单总线接口数字高精度温度传感芯片M601、M1601、M1820

1、概述

 

M601、M1601、M1820系列是敏源传感高精度数字模拟混合信号温度传感芯片。M601为体温芯片,最高测温精度为+28°C到+43°C范围±0.1℃;M601Z、M1601Z、M1820Z最高测温精度为0°C到+50℃范围±0.1℃;M601W、M1601W、M1820W最高测温精度为+20℃到+70℃范围0.1℃精度;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、特点

 

  • 测温精度:±0.1℃(最大)(+28°C到+43°C)

                 或±0.1℃(最大)(+0°C到+50℃)

                 或±0.1℃(最大)(+20°C到+70℃)

  • 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,最高分辨率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、典型应用

 

  • 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

0.1℃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

M1601Z

0℃ to +50℃

SOT23-3

2.9*2.8*1.1mm

M1601W

+20℃ to +70℃

SOT23-3

2.9*2.8*1.1mm

M1820Z

0℃ to +50℃

TO92S

M1820W

+20℃ to +70℃

TO92S

 

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

 

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

未接

5

GND

6

NC

未接

7

NC

未接

8

NC

未接

中间导热焊盘

NC

未接

备注1:电路设计时,导热焊盘悬空或接地。若贴在PCB上,推荐导热焊盘接地。

备注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

 

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

 

4.3 M1820封装管脚图(TO92S)

 

                

                                                     正面透视图

 

管脚编号 管脚名称 I/O 说明
1 GND
2 DQ 输入/输出 单总线数字接口
3 VDD 电源

 

5、结构框图

 

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。

7、测温性能指标

 

参数

符号

条件

最小

典型

最大

测温范围

-70℃

+150℃

温度误差

tERR

M601

±0.1℃@+28°C to +43°C

±0.5℃@-10 to +60

M601Z

M1601Z

M1820Z

±0.1℃@0℃ to +50℃

±0.2℃@-10℃ to +60℃

±0.5℃@-30℃ to +70℃

M601W

M1601W

M1820W

±0.1℃@+20℃to +70℃

±0.2℃@0℃ to +75

±0.5@-20 to +90

全适用

±1.5℃@-55°C to +125°C

全适用

±2℃@-70°C to +150°C

重复性

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

 

 

7-1  M601精度误差曲线

 

7-2  M601Z M1601Z M1820Z精度误差曲线

 

 

7-3  M601W M1601W M1820W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

额定值

单位

供电电压VDD

-0.3 to 6

V

引脚上的最大电压

-0.3 to 6

V

引脚上的输入电流

±100

mA

运行温度范围

-70 to 150

存储温度范围

-70 to 150

焊接温度

参考 IPC/JEDEC J-STD-020 规范

ESD HBM (人体放电模式)

±8

kV

8.2、电气特性

参数

符号

条件

最小

典型

最大

单位

备注

电源

供电电压

VDD

 

1.8

3.3

5.5

V

 

电源压摆率变化

VDD

slew

20

V

/ms

VDD线上VDDmin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。

供电电流

IDD

待机

0.1

1

uA

传感器在单次测量模式下不进行测量时的电流

周期测量模式

55

uA

传感器在周期测量模式下不进入睡眠

测量峰值

447

uA

 

平均

5.2

uA

单次模式,高重复性,1次测量/s

数字输入/输出

输入逻辑低

VIL

DQ

0.3*VDD

V

 

输入逻辑高

VIH

DQ

0.7*VDD

V

 

输出低电平电压

VOL

IOL = -3 mA

0.4

V

 

输入漏电流

IIN

-0.1

0.1

uA

 

报警输出驱动强度

IOH

1.5* VDD

mA

 

上拉电阻

Rup

 

1

10

100

 

 

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

符号

条件

最低

典型

最大

单位

非易失存储写周期

tWR

40

ms

E2PROM写次数

NEEWR

-55°C到+55°C

50000

E2PROM数据保留

tEEDR

-55°C到+55°C

10

 


9、封装图

 

9.1 M601封装图 DFN8(2Χ2Χ0.55mm)

9.2 M1601封装图SOT23-3(2.9Χ2.8Χ1.1mm)

9.3 M1820封装图M1820 (TO92S)