CN106415223B - 确定在温度测量中改变的速率 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种温度传感器装置，其具有数字接口，所述温度传感器装置具有存储可通过所述数字接口读取的当前温度值的第一存储器及存储可通过所述数字接口读取的温度改变速率值的第二存储器。此温度传感器可优选地用于具有冷却风扇及与所述温度传感器的所述数字接口耦合的处理器的系统中。所述处理器可操作以基于通过所述数字接口从所述温度传感器检索的温度测量值及所述温度改变速率来控制所述冷却风扇。

Description

确定在温度测量中改变的速率
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2014年5月15日申请的第61/993,481号美国临时申请案的权利，所述案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及温度监测，特定地说涉及集成式温度传感器。
多种不同集成式温度传感器可用。例如，存在使用供应电压操作且根据给定关系产生具有对应于温度的电压电平的输出信号的模拟传感器。用户仅需将模拟信号转换为数字信号且根据给定关系处理所转换值。
数字温度传感器还可用以已包含相应转换算法且通过串行通信接口(例如，I2C接口、SMBus接口或SPI接口)使实际温度值可用。
许多应用需要此类传感器以控制此类传感器集成到其中的系统。例如，计算机系统通常包含放置于敏感位置处的多个此类传感器及各种温度控制构件(例如风扇或调节功率消耗、时钟速度等等的系统控制构件)以主动调节系统内的温度。特定地说，移动计算机(例如膝上型计算机)通常需要各种组件的温度的调节及控制。
此类系统内的温度通常动态地改变且需要快速系统响应以避免归因于过热的系统故障。然而，常规温度传感器均不能够提供关于温度的任何类型动态参数。
发明内容
因此，存在对于改良温度传感器的需求。根据实施例，一种温度传感器装置包括数字接口，所述温度传感器装置具有存储可通过所述数字接口读取的当前温度值的第一存储器；及存储可通过所述数字接口读取的温度改变速率值的第二存储器。
根据另一实施例，所述第二存储器可存储使用界定测量间隔的多个循序温度测量样本在所述温度传感器内执行的计算的结果。根据另一实施例，样本数目是可编程的。根据另一实施例，所述第二存储器还可存储斜率方向是否改变。根据另一实施例，所述第二存储器可存储斜率方向在所述测量间隔内改变的次数。根据另一实施例，所述温度传感器可还包括通过所述温度改变速率值控制的外部警示输出连接。根据另一实施例，所述第一存储器可存储平均温度值。根据另一实施例，用于计算所述平均温度值的数个温度值是可编程的。根据另一实施例，所述温度改变速率值可由此计算：
其中：
T(tmax)＝间隔结束时的温度
T(t0)＝间隔开始时的温度
根据另一实施例，所述第二存储器可为可通过所述数字接口存取的寄存器。根据另一实施例，所述第二存储器可由多个寄存器提供。
根据另一实施例，一种电子装置可包括：温度传感器，所述温度传感器经配置以确定可通过数字接口存取的所测量温度的改变速率；冷却风扇；及处理器，所述处理器与所述温度传感器的所述数字接口耦合且可经操作以基于通过所述数字接口从所述温度传感器检索的温度测量值及所述温度改变速率来控制所述冷却风扇。
根据又一实施例，一种用于通过包括数字接口的温度传感器装置提供温度数据的方法可包括以下步骤：将可通过所述数字接口读取的当前温度值存储于第一存储器中；且将可通过所述数字接口读取的温度改变速率值存储于第二存储器中。
根据所述方法的另一实施例，所述第二存储器可存储使用界定测量间隔的多个循序温度测量样本在所述温度传感器内执行的计算。根据所述方法的另一实施例，样本数目是可编程的。根据所述方法的另一实施例，所述第二存储器还可存储斜率方向是否改变。根据所述方法的另一实施例，所述第二存储器可存储斜率方向在所述测量间隔内改变的次数。根据所述方法的另一实施例，所述方法可还包括以下步骤：取决于所述温度改变速率值通过外部警示输出连接输出信号。根据所述方法的另一实施例，所述第一存储器可为存储器块且还可存储平均温度值。根据所述方法的另一实施例，用于计算所述平均温度值的数个温度值是可编程的。根据所述方法的另一实施例，所述温度改变速率值可由此计算：
其中：
T(tmax)＝间隔结束时的温度
T(t0)＝间隔开始时的温度。根据所述方法的另一实施例，所述第二存储器可为可通过所述数字接口存取的寄存器。根据所述方法的另一实施例，所述第二存储器可由形成寄存器块的多个寄存器提供。
根据又一实施例，一种用于控制包括经配置以确定可通过数字接口存取的所测量温度的改变速率的温度传感器、冷却风扇及与所述温度传感器的所述数字接口耦合的处理器的系统中的温度的方法可包括以下步骤：确定所测量温度的改变速率；基于温度测量值及所述温度的所述改变速率来控制所述冷却风扇。
附图说明
图1示出具有随后样本间隔的时序图；
图2示出根据各种实施例的温度传感器的方框图；
图3示出温度传感器的特定实施例的更详细方框图；
图4示出温度传感器的另一特定实施例的方框图；
图5A及5B示出可在各种实施例中实施的特殊功能寄存器的表；
图6A及6B示出根据各种实施例的实施温度传感器的系统的方框图；
图7示出用于传感器元件的各种可能实施例；及
图8示出各种可能外壳及相关联接脚布局。
具体实施方式
在电子装置中，温度的迅速改变对于正常运行且因此对于电子装置的可靠性可十分不利。例如，在膝上型及桌上型环境中，CPU核心温度的迅速改变对于处理器的长期可靠性可十分不利。为了最小化热损害效应，整个行业已围绕从处理器引出热的同时允许处理器时钟尽可能快地运行而建立。当尝试冷却处理器或可为我们展现每秒许多度的温度偏移的其它任何事物时，知晓就每秒度数而言的加热/冷却速率是应知晓的一项有价值信息。其将有助于确定风扇是按60％还是按100％运行，此对于终端用户是显著差异。随着我们移动远离具有冷却风扇的装置，确定温度改变有多快的能力正如装置的当前温度同样重要。在无主动冷却的情况下，系统需依靠功率及时钟管理来控制温度。在不必使用系统资源的情况下知晓此速率变得十分有价值，这是由于计算等同于正受控制的特定事物——热。
根据各种实施例，可提供方法以实时确定温度曲线的斜率。
根据各种实施例，已经收集的温度数据可用于确定温度曲线的斜率的量值。其可经实施为纯数字过程，此是由于其依靠使用用于模拟区段的各种可能实施例执行实际温度测量的装置。可提供多个温度传感器且其数据可分开使用或用于平均化温度。可通过温度数据中的一或多者控制各种冷却装置(例如风扇)。
图1示出温度曲线的示范性进程。可见，知晓上升速率对于知晓多快驱动风扇以降低装置内的温度将十分重要。在用户设置用于温度转换的样本/第二速率时，计算参数是样本数目而非时间。然而，样本还可经控制以每次提供。通过知晓样本数目及每秒样本数目，可直接计算差分方程式中的分母。
其中：
T(tmax)＝间隔结束时的温度
T(t0)＝间隔开始时的温度 (方程式1)
如果温度改变样本周期的中期中的斜率，那么计算可变得恶化，此是由于计算假定单斜率。如果此发生，那么此解决方案记录斜率改变之处的最大(或最小)温度，且设置指示斜率已改变的标志。如果斜率应再次改变，那么位指示是否已发生奇数个或偶数个反向。此允许用户确定在间隔结束处的温度改变方向是否已经改变。偶数指示方向相同；奇数说明温度反向。
为了使用图1中的图表图解说明此，在区域A中，温度接近热限制，且在周期3中途进入“警示”限制温度。但斜率十分低。所得改变速率将相对小，从而指示仅需当前热控制回路中的细微改变以降低温度。样本间隔4清晰地示出迅速降低，从而允许热控制回路迅速降低风扇速度，增大时钟速度，无论控制是否可用。
温度在样本间隔8中再次接近警示限制。此时，存在较大斜率，且反映于计算中。此指示控制温度需要更大风扇速度或更小时钟速度，使得不达到损害温度。控制回路接收温度在样本间隔9的结束处(其中斜率已改变)处于控制下且改变速率是小得多的值的信息。斜率改变指示温度正在下降。
同样地，需要十分紧密控制的冷温度的系统将受益于此相同装置。知晓温度改变的“速度”的能力在此处更关键，此是由于典型单元在温度超出限制时需要超过几秒来调整温度。
图2示出集成式温度传感器100的可能实施例的方框图。实际传感器可为集成式传感器110，例如，二极管温度传感器。替代地，装置100可提供两个外部接脚以连接到外部传感器二极管。根据一些实施例，可实施用于外部传感器二极管的内部及一或多个外部二极管连接。此装置可包含内部多路复用器以在内部与外部二极管传感器之间切换。可使用其它传感器元件且本发明不限于二极管传感器元件。
内部传感器110或传感器连接115与模/数转换器(ADC)120耦合。如果必要，可在传感器元件110与ADC 120之间提供模拟预处理。ADC 120可与内部控制器130(例如状态机或可编程逻辑装置)耦合。控制器130与各种存储寄存器140、150及控制寄存器160连接。此外，可提供数字接口(例如，串行接口170，例如I2C接口、SMBus接口或SPI接口)且与控制器130耦合。控制器130经配置以控制转换过程，特定地说，ADC 120的转换速率、转换周期且还控制串行接口的参数等等。另外，控制器可包含单一算术逻辑单元以执行例如平均化的基本计算。
控制器经配置以在根据控制寄存器160中的预设定周期寄存器的间隔中开始ADC120且执行循序温度测量。控制器130读取转换结果且可执行后处理及到温度值的转换。此经后处理的值可接着存储于寄存器140中。寄存器140可经实施为保存最后转换值的单一寄存器或其可经实施为保存多个循序测量值的环形缓冲器。其它缓冲器结构可根据各种实施例而应用。
根据各种实施例，控制器130经配置以还执行改变计算的速率，如上文所解释。为此，控制器130可经配置以分别使用两个随后测量且通过两个测量之间的时间周期划分两个测量之间的温差。然而，用于计算斜率的温度样本的数目是可编程的且因此根据一些实施例可大于2个。因此，在温度测量的序列中，当前温度斜率始终可用且可存储于相关联寄存器150中。再者，可实施与温度值环形缓冲器同步的环形缓冲器。如上文所提及，其它缓冲器结构可应用。
控制器130还可提供所测量温度与一或多个阈值的比较。因此，控制寄存器160可包含一或多个阈值寄存器以(例如)存储上及下温度限制值。
控制寄存器还可经配置以包含校准寄存器及用于数字滤波器的参数。
图3及图4示出根据一些实施例的集成式温度传感器装置300及400的其它更详细方框图。类似元件具有类似参考标号。可提供通过电压/电流调节器310供应的各种外部传感器及内部传感器330。多路复用器320用于在各种传感器之间切换。多路复用器320的输出与ADC 360耦合，ADC 360的输出与各种寄存器(例如，包括用于外部传感器的寄存器的寄存器块365及包括用于内部温度传感器330的寄存器的寄存器块367)耦合。此外，第一数字多路复用器370在一方面连接到寄存器块365及367且在另一方面连接到限制比较器375。限制比较器375进一步与第二数字多路复用器380连接，第二数字多路复用器380可在各种寄存器382、384、386及388之间选择以分别用于存储下限、上限、警戒值及滞后值。配置寄存器395可存储用于ADC及用于中断遮蔽单元340的参数，中断遮蔽单元340可经配置以输出警示及“热”中断。提供转换寄存器390以用于存储测量间隔长度。此外，状态寄存器385可包括将通过ADC 360及比较器375控制的状态位。串行接口397连接到所有寄存器及地址解码单元350。串行接口可经配置以操作为I2C接口，其中地址单元350可用于(例如)通过一或多个外部接脚提供额外地址设置信息。
图4示出类似方框图，其中接口经配置以操作为SMBus接口450。此处，不提供地址解码，此可减少外部接脚的数目。图4还示出如将在下文中更详细解释的用于产生外部警示信号及中断的中断遮蔽单元420。任一实施方案可提供关闭接脚及相关联寄存器及逻辑440，如仅在图4中示出。如果预定义信号应用于此接脚，那么装置可进入休眠模式以节省能量。图3及4中示出的两个实施例并不具体示出例如简单状态机或可编程逻辑装置的控制器单元或任何其它合适控制机构。
图5A及5B示出可与上文提及的实施例中的任一者一起使用的寄存器块的示范性方框图。图5A及B中示出的寄存器块包括多个不同寄存器，其根据一些实施例可不必要且因此未经实施。将使用根据图3及4的装置的特定实施例说明此类寄存器的细节。如上文所提及，在最小程度上，根据各种实施例的装置可包括用于存储实际所测量温度的温度寄存器及存储动态温度改变值的改变速率寄存器。因此，可通过串行接口将绝对温度值及温度改变值dT/dt提供到系统控制单元。
下文描述如(例如)在图3及4中示出的装置的各种实施例的某些特征。如上文所提及，此类仅是实例且其它实施例可不使用所有选项且其它特征组合是可能的，如所属领域技术人员将明白。因此，虽然下文描述具有某些特征的实施例，但此类并不必要且可不在其它实施例中要求。如图3及4中示出的集成式装置监测一个内部二极管及多达四个外部连接的温度二极管。其它组合是可能的且本发明不限于以下实施例中的任一者。
与如图6A及B中示出的主机装置协作执行热系统管理。此包含主机读取如图3及4中示出的集成式装置的外部及内部温度二极管两者的温度数据且使用所述数据来控制一或多个风扇的速度。如图3及4中示出的集成式装置具有两个监测层次。第一层次在所测量温度超过用户可编程限制时将可遮蔽ALERT信号提供到主机。此允许如图3及4中示出的集成式装置用作独立热监视器以给主机警告温度热点而不需通过主机直接控制。第二监测层次在所测量温度满足或超过第二可编程限制时对THERM接脚提供不可遮蔽中断。对于如图3及4中示出的集成式装置，外部二极管信道2及3仅与通用二极管(例如2N3904)兼容。对于如图3及4中示出的集成式装置，外部二极管2信道与连接到晶体管的衬底及二极管两者兼容。
图6A示出如图3中示出的集成式装置的系统层次方框图的实例。图6B示出如图4中示出的集成式装置的系统层次方框图。
如图3及4中示出的集成式装置具有三个功率状态。
活动(运行)-在此状态中，ADC按经编程转换速率对所有温度信道转换。在每一转换结束处更新温度数据且检查限制。在活动状态中，写入到单发寄存器将无用。
休眠(停止)-此是最低功率状态。在此状态中，电路的大部分经断电以减少供应电流。不更新温度数据且不检查限制。通过广播的正确I2C从属地址唤醒装置。数据将并不立即可用而将返回NACK直到装置活动且使数据可用为止。装置通过寄存器命令进入休眠模式。
备用(单发)-在装置处于备用中时，主机可按需初始化转换循环(见寄存器3到16)。在转换循环完成之后，装置将返回到备用状态。休眠与备用之间的差异在于返回从装置接收有效数据所花费的时间。
可针对基于系统要求的不同转换速率来配置如图3及4中示出的集成式装置。默认转换速率可为(例如)每秒4次转换。可根据转换表选择其它可用转换速率。
轮询算法(round robin)必须遵循用于所有信道的ADC时序要求。数据一旦可用于特定信道即可经转换及存储。根据一些实施例，当ADC已完成对所有活动输入信道的转换时，装置将使温度块、ADC及参考断电直到下一组转换开始为止。可根据各种实施例选择用于转换的信道顺序。
通过到EMC 4块DI_SEL[3:0}的数字输入信号控制ADC分辨率。此控制用于ADC转换器的转换宽度。ADC分辨率取决于活动的信道数目、转换速率及动态平均化。ADC数据输出首先针对任何给出分辨率传递最低有效位。
当通过数字块获取ADC数据时，ADC数据在加载到任何数据寄存器中(包含原始ADC)之前基于分辨率而偏移。
在启动时，或在通电之后，参考将需某个时间来安定。当ADC完成时，其断言ADC_AQ位为高，此时ADC数据有效。数据将保持可用直到START信号变低为止，此时数据被清除。
如图3及4中示出的集成式装置可含有在测量外部温度二极管时执行跳频的任选能力。此功能通过DI_FREQ_EN位启用且通过振荡器块控制。跳频逻辑具有支持两个频率输入(16MHz或20MHz)的选项。此由DI_SEL_20M位选择(“0”＝16MHz，“1”＝20MHz)。随着分辨率改变，所获取的温度样本(以及所使用的不同频率)的数目同样改变。对于大于10位的分辨率，使用32个频率。对于9位分辨率及8位分辨率，不同频率的数目及其值经调整，使得平均频率等于100kHz。
表1示出取决于用于16MHz时钟的ADC分辨率的有效转换速率。
表1
分辨率(位) 温度样本的# 取样频率的# ADC转换时间(mS)
8 8 8 2.56
9 16 16 5.12
10 32 32 10.24
11 64 32 20.48
12 128 32 40.96(推荐)
13 256 32 81.92
14 512 32 163.84
15 1024 32 327.68
在表2中针对16MHz时钟且在表3中针对20MHz时钟示出除法器及频率值的范围。低频划分比率设置跳频的下端而高频除法器示出跳频的上端。
表2
分辨率 低频划分比率 高频 高频划分比率 低频
停用 82 97.6kHz 82 97.6kHz
8 76 105.3kHz 84 95.3kHz
9 72 111.1kHz 88 90.9kHz
10 68 117.6kHz 100 80kHz
11 68 117.6kHz 100 80kHz
12 68 117.6kHz 100 80kHz
13 68 117.6kHz 100 80kHz
14 68 117.6kHz 100 80kHz
15 68 117.6kHz 100 80kHz
表3
分辨率 低频划分比率 高频 高频划分比率 低频
停用 102 97.6kHz 102 97.6kHz
8 96 104.2kHz 104 95.1kHz
9 92 118.7kHz 108 92.6kHz
10 84 119.0kHz 116 86.2kHz
11 84 119.0kHz 116 86.2kHz
12 84 119.0kHz 116 86.2kHz
13 84 119.0kHz 116 86.2kHz
14 84 119.0kHz 116 86.2kHz
15 84 119.0kHz 116 86.2kHz
从不选择将与100kHz频率对应的划分比率100，另外，划分比率跨整个划分比率范围按1增大。频率值将按每步约1kHz改变，不过此并不是固定分辨率。
为了维持平均频率，相依于分辨率的划分对通过四个设置朝向低频范围偏斜。
数字平均化在温度数据被箝制之后且在错误队列之前应用于外部二极管1信道(在仅启用硬件热关闭电路时)。此平均化将使用先前4或8个测量的运行平均值不断更新温度。
对于紧接充电之后的第一测量，平均化堆叠将填充有第一所测量温度且接着在随后测量上按FIFO顺序进行。
每一温度信道可具有调整温度值的硬布线偏移。将金属的此偏移设置于示意性顶层处。
动态平均化导致如图3及4中示出的集成式装置基于选定转换速率来测量外部二极管信道达扩展时间。可针对较低转换速率下的增大的功率节省停用此功能性。当启用动态平均化时，装置将自动调整用于外部二极管信道的取样及测量时间。此允许装置平均化长于正常11位操作的2x或16x(标称地每一信道21ms)，同时仍维持选定转换速率。动态平均化的益处是归因于较长整合时间以及温度测量的较少随机变化的改良噪声抑制。
当经启用时，动态平均化在单发命令发出时应用。装置将根据选定转换速率在单发操作期间执行所需平均化。当经启用时，动态平均化将基于选定转换速率影响平均供应电流。
如图3及4中示出的集成式装置可产生多达15个变量，如通过一次可编程(OTP)组中的OTP个性位所界定。此类位在先前已经界定为外部二极管2启用(EXT2_EN)、外部二极管2反平行二极管(APD)启用(EXT2_APD_EN)、THERM/ALERT解码选择(ADDR_SEL_CH)及固定地址位0(ADDR0)。此类位使用仅一半可用经解码状态界定总共8部分。
除此类OTP位改变以外，选择固定或经解码地址(ADDR_SEL_EN)的位已经废弃，且现将用于选择85℃或125℃的THERM限制温度且是TH_LIM。
根据一些实施例，改变功能的速率近似使用差分方程式的温度的导数。方程式1中示出的方程式是计算的基础。周期宽度经存储于两个连续寄存器中。此表示如样本数目中界定的“样本周期”。图5A及B示出根据一些实施例的可用于温度传感器装置中的寄存器块的示范性实施方案。R(x)_SMPLH：改变速率样本HIGH BYTE REGISTER(地址43h、49h)及R(x)_SMPLL：改变速率样本LOW BYTE REGISTER(地址44h、4Ah)保存此类值。应用于结果的增益经存储于ROC_gain：改变速率增益REGISTER(地址3dh)中。寄存器定义中示出有效增益。例如，寄存器ROC_GAIN可经组织如下：
位7R2EVN-指示斜率反向的数目是偶数还是奇数
1＝在取样周期期间的偶数个斜率反向
0＝在取样周期期间的奇数个斜率反向
位6R1EVN-指示斜率反向的数目是偶数还是奇数
1＝在取样周期期间的偶数个斜率反向
0＝在取样周期期间的奇数个斜率反向
位5:3RC1_GAIN：此表示应用于差分方程式的二进制增益
0h＝1
1h＝2
2h＝4
3h＝8
4h＝16
5h＝32
6h＝64
7h＝128
位2:0RC2_GAIN：此表示应用于差分方程式的二进制增益
0h＝1
1h＝2
2h＝4
3h＝8
4h＝16
5h＝32
6h＝64
7h＝128
由于此随着时间经取样，所以存在用于每一信道的位指示已发生斜率改变。此类位(每一信道一个)将确认两个连续样本差异的结果何时超过如通过在ROC_config：改变速率配置REGISTER(地址3Eh)中界定的滞后值界定的阈值限制。此将不重设ROC计算。ROC_config寄存器可经组织如下：
位7EN_ROC：启用改变速率计算
1＝启用改变速率
0＝停用改变速率
位6SLCG2：在用于外部信道2的改变速率计算期间报告斜率改变
1＝斜率改变方向
0＝单调斜率
位5SLCG1：在用于外部信道1的改变速率计算期间报告斜率改变
1＝斜率改变方向
0＝单调斜率
位4MASK2：遮蔽事件以免设置来自信道2的ALERT接脚
1＝事件经遮蔽。
0＝事件将确认ALERT接脚
位3MASK1：遮蔽事件以免设置来自信道1的ALERT接脚
1＝事件经遮蔽。
0＝事件将确认ALERT接脚
位2:0RCHY：用于改变速率斜率反向的滞后设置。大于此设置的偏差将导致位经设置。
111＝4.000℃
110＝3.000℃
101＝2.000℃
100＝1.000℃
011＝0.500℃
010＝0.250℃
001＝0.125℃
000＝0.000℃
限制寄存器(R(X)_LIMH：改变速率ALERT限制High BYTE REGISTER(地址41h、47h)及R(X)_LIML：改变速率ALERT限制LOW BYTE REGISTER(地址42h、48h)及结果寄存器R(X)_RESh：改变速率RESULTS HIGH BYTE REGISTER(地址3fh、45h)及R(x)_RESL：改变速率RESULTS LOW BYTE REGISTER(地址40h、46h)经标记，二进制补数存储于两个(2)连续寄存器中。如果所存储的改变速率结果超过经编程限制，那么将设置适当状态寄存器位(针对正限制的HI_LIM_STS-上限状态寄存器(地址3Ah)，或针对负限制的LO_LIM_STS-下限状态寄存器(地址3Bh))。ALERT接脚可经确认或遮蔽，如通过ROC_config：改变速率配置REGISTER(地址3Eh)设置。MASK位将不防止状态位确认，但如果经设置，将防止ALERT接脚确认。
状态寄存器STATUS(地址02H)可经组织如下：
位7ROCF-此位指示已超过改变速率限制。当经设置时，此位将确认ALERT接脚。
1＝ROC高于限制
0＝ROC不高于限制
位6IHIGH-此位指示内部二极管信道超过其经编程上限。当经设置时，此位将确认ALERT接脚。
1＝所报告温度高于上限
0＝所报告温度不高于上限
位5ILOW-此位指示内部二极管信道下降到低于其经编程下限。当经设置时，此位将确认ALERT接脚。
1＝所报告温度低于下限
0＝所报告温度不低于下限
位4EHIGH-此位指示外部二极管信道超过其经编程上限。当经设置时，此位将确认ALERT接脚。
1＝所报告温度高于上限
0＝所报告温度不高于上限
位3ELOW-此位指示外部二极管信道下降到低于其经编程下限。当经设置时，此位将确认ALERT接脚。
1＝所报告温度低于下限
0＝所报告温度不低于下限
位2FAULT-此位指示何时检测到二极管故障。当经设置时，此位将确认ALERT接脚。
1＝二极管的开路或短路
0＝不报告故障
位1ETHRM-此位指示外部二极管信道超过经编程热限制。当经设置时，此位将确认THERM接脚。此位将保持设置直到THERM接脚经释放为止，此时位将被自动清除。
1＝所报告温度高于上限
0＝所报告温度不高于上限
位0ITHRM-在内部二极管信道超过经编程热限制时设置此位。当经设置时，此位将确认THERM接脚。此位将保持设置直到THERM接脚经释放为止，此时位将被自动清除。
1＝所报告温度高于上限
0＝所报告温度不高于上限
配置寄存器CONFIG(地址03H及09H)可经组织如下：
位7MASK_ALL-在ALERT接脚处于中断模式中时遮蔽ALERT接脚以免确认。此位在ALERT接脚处于比较器模式中时不具有效果。通过ALERT_MASK_DEF OTP位(见DYN_TRIM_HIL-动态修剪寄存器中低字节寄存器(地址b2h))设置MASK_ALL位默认值。
1＝在ALERT接脚处于中断模式中时ALERT接脚经遮蔽且将不针对任何中断条件确认。将正常更新状态寄存器。
0＝(通过OTP设置)ALERT接脚不经遮蔽。如果适当状态位中的任一者经设置，那么ALERT接脚将经确认。
位6RUN/STANDBY-控制活动/备用状态。
1＝装置处于备用状态中且不转换(除非已命令单发)。
0＝装置处于活动状态中且对所有信道转换。
位5ALERT/THRM-控制ALERT接脚的操作。当ALERT接脚处于比较器模式中时，每一信道具有连续计数器OR'ed以确认ALERT接脚。在一次测量低于上限减去热滞后之后取消确认ALERT接脚。
1＝ALERT接脚作用于比较器模式中，如在第3.16.2节中描述。在此模式中，MASK_ALL位被忽略。
0＝ALERT接脚作用于中断模式中，如在第3.16.1节中描述。
位4RECD1/2-停用对于DP1/DN1接脚的电阻误差校正(REC)。
1＝针对DP1/DN1接脚停用REC。
0＝针对DP2/DN2接脚启用REC。
位3RECD3/4-停用对于外部二极管3及外部二极管4的电阻误差校正(REC)。
1＝针对外部二极管3及外部二极管4停用REC。
0＝针对外部二极管3及外部二极管4启用REC。
位2RANGE-配置温度信道的测量范围及数据格式。
1＝温度测量范围是-64℃到+191.875℃且数据格式是偏移二进制。
0＝温度测量范围是0℃到+127.875℃且数据格式是二进制。
位1DA_DIS-停用所有温度信道上的动态平均化特征。
1＝停用动态平均化特征。将使用最大平均化因子1x(等效于11位转换)转换所有温度信道。对于较高转换速率，此平均化因子将减小。
0＝启用动态平均化特征。将使用基于转换速率的平均化因子转换所有温度信道。
位0APDD-停用反平行二极管操作。
1＝停用反平行二极管模式。将在DP1/DN1及DP2/DN2接脚上测量仅一个外部二极管。
0＝启用反平行二极管模式。将在DP2及DN2接脚上测量两个外部二极管。
除上文描述的功能以外，两个额外温度值经存储于寄存器中以用于检索。在给定样本周期内的最大温度经存储于更新每一样本周期的寄存器及存储“全局值”且仅在读取时被清除的第二寄存器中。此寄存器的目的是确定独立于样本周期的最大或最小温度。
THERM输出独立于ALERT输出而经确认且无法经遮蔽。每当所测量温度中的任一者超过用于经编程数目个连续测量的经用户编程热限制值时，THERM输出经确认。一旦THERM输出已经确认，其将保持确认直到所有所测量温度下降到低于热限制减去热滞后(也是可编程的)为止。
当THERM接脚经确认时，热状态位将同样经设置。读取此类位将不清除其直到取消确认THERM接脚为止。一旦THERM接脚经废弃，THERM状态位将被自动清除。
ALERT/THERM2接脚是开漏输出且需要到VDD的上拉电阻器且具有两个操作模式：中断模式及比较器模式。经由ALERT/THERM2位(见CONFIG：配置寄存器(地址03h及09h))选择ALERT/THERM2输出的模式。
当经配置以在中断模式中操作时，当在任何二极管上检测到超限测量(＞上限或＜下限)时或当检测到二极管故障时，ALERT/THERM2接脚确认为低。ALERT/THERM2接脚将保持确认，只要超限条件保持即可。一旦超限条件已经移除，ALERT/THERM2接脚将保持确认直到适当状态位被清除为止。
可通过设置MASK_ALL位而遮蔽ALERT/THERM2接脚。一旦ALERT/THERM2接脚已经遮蔽，其将经取消确认且保持取消确认直到通过用户清除MASK_ALL位为止。在ALERT/THERM2接脚经遮蔽时发生的任何中断条件将正常更新状态寄存器。还存在个别信道屏蔽(见DIODEFAULT MASK-二极管故障屏蔽REGISTER(地址1Fh))。
ALERT/THERM2接脚用作中断信号或用作允许I2C从属将误差条件传送到主站的I2C警示信号。一或多个ALERT/THERM2输出可经共同硬布线。
当ALERT/THERM2接脚经配置以在THERM模式中操作时，将确认所测量温度中的任一者是否超过相应上限。ALERT/THERM2接脚将保持确认直到所有温度下降到低于对应上限减去热滞后值为止。
当在THERM模式中确认ALERT/THERM2接脚时，对应上限状态位将经设置。读取此类位将不清除其直到取消确认ALERT/THERM2接脚为止。一旦取消确认ALERT/THERM2接脚，状态位将被自动清除。
MASK_ALL位在此模式中将不阻止ALERT/THERM2接脚；然而，个别信道屏蔽将防止相应信道确认ALERT/THERM2接脚。
如图3及4中示出的集成式装置含有控制SYS_SHDN接脚的硬件配置的温度限制电路。通过SYS_SHDN及ALERT接脚两者上的上拉电阻器确定临限温度。硬件关闭电路测量外部二极管1信道且将其与硬件热关闭限制比较。THERM接脚连续警示计数器(对于SYS-SHDN接脚的默认为4)应用于此比较(见图5)。如果温度满足或超过用于数个连续测量的限制，那么确认SYS_SHDN接脚。SYS_SHDN接脚保持确认直到温度下降到低于限制减去10℃为止。
所有测量信道(包含外部二极管1信道)还可经配置以确认SYS_SHDN接脚(可见)。如果信道经配置以确认SYS_SHDN接脚，那么所测量信道上的温度必须超过经编程热限制值。此以相同于使用4个连续转换的默认的THERM输出的方式被处理。
如图3及4中示出的集成式装置可监测多达三个外部连接的二极管的温度。基于用户设置及系统要求使用电阻误差校正及β补偿配置每一外部二极管信道。
装置含有用于所有所测量温度信道的可编程上限、下限及热限制。如果所测量温度变得低于下限或高于上限，那么ALERT接脚可经确认(基于用户设置)。如果所测量温度满足或超过热限制，那么THERM接脚无条件地经确认，从而提供两层温度检测。
如图3及4中示出的集成式装置取决于通过OTP选择的DEVSEL码而具有从无到4个外部二极管。同样地，每一装置仅具有对应于已经启用的数个外部二极管信道而操作的所述寄存器。此应用于包含测量、限制、屏蔽及中断启用的所有寄存器。
装置含有用于所有温度信道的上限及下限两者。如果所测量温度超过上限，那么设置对应状态位且确认ALERT接脚。同样地，如果所测量温度小于或等于下限，那么设置对应状态位且确认ALERT接脚。用于限制的数据格式必须匹配用于温度的选定数据格式，使得如果使用扩展温度范围，那么必须在扩展数据格式中编程限制。具有多个地址的限制寄存器可在任一地址处充分存取。当装置处于备用状态中时，更新限制寄存器将不具有效果直到下一转换循环发生为止。此可经由到单发寄存器(见ONE_SHOT-单发温度转换初始化REGISTER(地址0fh))的写入或通过清除RUN/STOP位(见CONFIG：配置寄存器(地址03h及09h))来初始化。
装置中的各种限制寄存器基于二极管接脚上呈现的外部条件以及I2C接口中的寄存器位中的改变两者而互动。
上限状态寄存器含有在超过温度信道上限时设置的状态位。如果此类位中的任一者经设置，那么状态寄存器中的HIGH状态位经设置。从上限状态寄存器读取将清除所有位。从寄存器读取还将清除状态寄存器中的HIGH状态位。
如果已满足经编程数目个连续警示计数且此类状态位中的任一者经设置，那么将设置ALERT接脚。状态位将保持设置直到读取为止，除非ALERT接脚经配置为比较器输出。
下限状态寄存器含有在温度信道下降到低于下限时设置的状态位。如果此类位中的任一者经设置，那么状态寄存器中的LOW状态位经设置。从下限状态寄存器读取将清除所有位。如果已满足经编程数目个连续警示计数且此类状态位中的任一者经设置，那么将设置ALERT接脚。状态位将保持设置直到读取为止，除非ALERT接脚经配置为比较器输出。
热限制寄存器用于确定临界热事件是否已发生。如果所测量温度超过热限制，那么THERM接脚经确认。限制设置必须匹配温度读取寄存器的选定数据格式。不同于ALERT接脚，THERM接脚无法经遮蔽。另外，一旦温度下降到低于对应阈值减去热滞后，将释放THERM接脚。
与外部二极管串联的寄生电阻将限制可从温度测量装置获得的精确度。通过切换二极管电流而跨此电阻发展的电压导致待读取的温度测量高于真实温度。对串联电阻的促成者是PCB跟踪电阻、裸片上(即，处理器上)金属电阻、温度晶体管的基极及发射极中的体电阻。通常，由串联电阻导致的误差是每欧姆+0.7℃。如图3及4中示出的集成式装置自动校正多达100欧姆的串联电阻。
如图3及4中示出的集成式装置经设计以用于具有理想因子1.008的外部二极管。并非所有外部二极管、处理器或离散部件将具有此准确值。理想因子的此变化引入必须经校正的温度测量误差。通常使用可编程偏移寄存器完成此校正。由于理想因子失配引入误差(其为温度函数)，所以此校正仅在较小温度范围内是精确的。为了提供对用户的最大灵活性，如图3及4中示出的集成式装置针对每一外部二极管提供6位寄存器，其中所使用的二极管的理想因子经编程以消除跨所有温度的误差。当监测衬底晶体管或CPU二极管且启用β补偿时，不应调整理想因子。β补偿自动校正大部分理想误差。此类寄存器存储应用于外部二极管的理想因子。β补偿及电阻误差校正自动校正大部分二极管理想误差。对于需BJT晶体管模型的CPU衬底晶体管，理想因子表现稍微不同于连接离散二极管的晶体管。
如图3及4中示出的集成式装置检测DP及DN接脚上的开路及跨DP及DN接脚的短路。对于所作出的每一温度测量，装置检查外部二极管信道上的二极管故障。当检测到二极管故障时，ALERT接脚确认且温度数据读取MSB及LSB寄存器中的00h(批注：将不检查下限)。二极管故障经界定为以下项中的一者：DP与DN之间的开路、从VDD到DP的短路或从VDD到DN的短路。如果跨DP及DN发生短路或从DP到GND发生短路，那么下限状态位经设置且ALERT接脚确认(除非经遮蔽)。此条件无法与0.000℃(在扩展范围中，-64℃)的温度测量区分，从而导致MSB及LSB寄存器中的温度数据00h。如果从DN到GND的短路发生(其中二极管经连接)，那么温度测量将照常继续而无警示。
如图3及4中示出的集成式装置含有多个连续警示计数器。一组计数器应用于ALERT接脚且第二组计数器应用于THERM接脚。每一温度测量信道具有用于ALERT及THERM接脚中的每一者的分开连续警示计数器。所有计数器是用户可编程的且确定温度信道必须超限或在对应接脚经确认之前报告二极管故障的连续测量的数目。连续警示寄存器确定在ALERT或THERM接脚经确认之前必须在连续测量中多少次检测超限误差或二极管故障。另外，连续警示寄存器控制I2C超时功能性。发生于连续测量中的相同温度信道上的超限条件(即，HIGH、LOW或FAULT)将递增连续警示计数器。如果连续读取中未发生超限条件或二极管故障，那么还将重设计数器。当ALERT接脚经配置为中断时，当连续警示计数器达到其经编程值时，以下情况将发生：用于所述信道的STATUS位及最后误差条件(即，E1HIGH或E2LOW及/或E2FAULT)将经设置为“1”，ALERT接脚将经确认，连续警示计数器将经清除，且测量将继续。当ALERT接脚经配置为比较器时，连续警示计数器将忽略二极管故障及下限误差且仅在所测量温度超过上限时递增。另外，一旦连续警示计数器达到经编程限制，ALERT接脚将经确认，但计数器将不经重设。其将保持设置直到温度下降到低于上限减去热滞后值为止。未经启用的信道不包含于连续警示检查中。信号逻辑链是：限制->计数器->状态->屏蔽->接脚(THERM及ALERT)。例如，如果针对如图3及4中示出的集成式装置上的4个连续警示设置CALRT[2:0]位，上限设置在70℃，且无信道经遮蔽，那么将在以下四次测量之后确认ALERT接脚：a)内部二极管读取71℃且两个外部二极管读取69℃。用于INT的连续警示计数器经递增到1。b)内部二极管及外部二极管1两者读取71℃且外部二极管2读取68℃。用于INT的连续警示计数器经递增到2且用于EXT1的连续警示计数器经设置为1。c)外部二极管1读取71℃且内部二极管及外部二极管2两者读取69℃。用于INT及EXT2的连续警示计数器经清除且EXT1经递增到2。d)内部二极管读取71℃且两个外部二极管读取71℃。用于INT的连续警示计数器经设置至1，EXT2经设置为1，且EXT1经递增到3。e)内部二极管读取71℃且两个外部二极管读取71℃。用于INT的连续警示计数器经递增到2，EXT2经设置至2且EXT1经递增到4。针对EXT1设置适当状态位且ALERT接脚经确认。EXT1计数器经重设为0且所有其它计数器保持最后值直到下一温度测量为止。所有温度信道使用此值来设置相应计数器。每当任何测量超过对应热限制时，递增连续热计数器。如果温度下降到低于热限制，那么计数器经重设。如果高于热限制的数次连续测量发生，那么THERM接脚经确认为低。一旦已确认THERM接脚，连续热计数器将不重设直到对应温度下降到低于热限制减去热滞后值为止。默认设置是4次连续超限转换。所有温度信道使用此值来设置相应计数器。默认设置是1个连续超限转换。当ALERT接脚处于比较器模式中时，下限及二极管故障将绕过连续警示计数器且设置适当状态位但将不确认ALERT接脚。当值经写入到未经界定的此寄存器时，忽略命令且维持最后有效值。
为了减少噪声效应及所报告温度上的温度峰值，外部二极管1信道使用可编程数字滤波器。此滤波器可经配置为层次1、层次2或停用(默认)。滤波器配置寄存器控制外部二极管1信道上的数字滤波器。为了减少复杂性，数字滤波器将仅应用于外部二极管信道1及2。此外，此仅是当不针对给定信道启用APD时的情况。其将在数字块已基于动态平均化采用适当11位之后应用。滤波器包含外部二极管信道上的运行平均值。层次1滤波器是运行平均值4x，而层次2滤波器是运行平均值8x。对于紧接充电之后的第一测量，滤波器将填充有第一测量的结果。此后，滤波器经正常操作。将使用存储于用户寄存器中的经滤波结果完成任何温度比较。
温度测量结果经存储于内部及外部温度寄存器中。此类接着与存储于上限及下限寄存器中的值比较。外部及内部温度测量两者经存储为11位格式，其中八个(8)最高有效位存储于高字节寄存器中且三个(3)最低有效位存储于低字节寄存器的三个(3)MSB位置中。低字节寄存器的所有其它位经设置为0。
如图3及4中示出的集成式装置具有两个可选温度范围。默认范围是从0℃到+127℃且温度经表示为能够以0.125℃为步进报告从0℃到+127.875℃的温度的二进制数。扩展范围是从-64℃到+191℃的扩展温度范围。数据格式是偏移64℃的二进制数。扩展范围用于测量具有已知大偏移的温度二极管，其中二极管温度加上偏移将等效于高于+127℃的温度。
如图3及4中示出的集成式装置的一些实施例支持读取相同组接脚(DP1、DN1)及(DP2、DN2)上的两个外部二极管。此类二极管经连接，如图7中示出。归因于此类二极管的反平行连接，两个二极管将通过VBE电压(约0.7V)反向偏压。由于此反向偏压，仅推荐离散热二极管(例如2N3904)放置于此类接脚上。
如图3及4中示出的集成式装置的一些实施例可经配置以测量CPU衬底晶体管、离散2N3904热二极管或特定处理器二极管。二极管可如图7中指示般连接。
如图3及4中示出的集成式装置的一些实施例可经配置以测量CPU衬底晶体管、离散2N3904热二极管或外部二极管1或外部二极管2信道上的特定处理器二极管。对于如图3及4中示出的集成式装置的一些实施例，外部二极管2及外部二极管3信道经配置以测量一对离散反平行二极管(共享于接脚DP2及DN2上)。图7中示出用于外部二极管信道的所支持配置。
图8示出如图3及4中示出的集成式装置的各种可能外壳及接脚布置。

Claims (24)

1.一种温度传感器装置，其包括：
数字接口；
第一存储器，其存储通过所述数字接口可读取的当前温度值；
第二存储器，其存储通过所述数字接口可读取的温度改变速率值；及
处理器，其与所述数字接口耦合，所述处理器经配置以：
基于所述当前温度值与所述温度改变速率值发出冷却控制信号；
识别斜率方向是否改变并将所述斜率方向的改变存储于所述第二存储器中；及
在测量间隔内识别多个斜率方向改变；
其中所述控制信号包括对所述多个斜率方向改变的识别。
2.根据权利要求1所述的温度传感器装置，其中所述第二存储器存储使用界定测量间隔的多个循序温度测量样本在所述温度传感器内执行的计算的结果。
3.根据权利要求2所述的温度传感器装置，其中样本的数目是可编程的。
4.根据权利要求1所述的温度传感器装置，其中所述第二存储器存储斜率方向在所述测量间隔内改变的次数。
5.根据权利要求1所述的温度传感器装置，其还包括通过所述温度改变速率值控制的外部警示输出连接。
6.根据权利要求1所述的温度传感器装置，其中所述第一存储器存储平均温度值。
7.根据权利要求6所述的温度传感器装置，其中用于计算所述平均温度值的温度值的数目是可编程的。
8.根据权利要求2所述的温度传感器装置，其中所述温度改变速率值由此计算：
其中：
T(tmax)是所述测量间隔结束时的温度；
T(t0)是所述测量间隔开始时的温度；
增益是用于温差的因子；及
样本是样本数目。
9.根据权利要求1所述的温度传感器装置，其中所述第二存储器是可通过所述数字接口存取的寄存器。
10.根据权利要求1所述的温度传感器装置，其中所述第二存储器由多个寄存器提供。
11.根据权利要求1所述的温度传感器装置，其中所述处理器进一步经配置以记录在所述斜率方向改变时的最大温度值或最小温度值。
12.一种电子装置，其包括：
温度传感器，所述温度传感器经配置以确定可通过数字接口存取的所测量的温度改变率；
冷却风扇；及
处理器，所述处理器与所述温度传感器的所述数字接口耦合且可操作以：
基于温度测量值与通过所述数字接口从所述温度传感器检索的所述温度改变率来控制所述冷却风扇；
识别斜率方向是否改变及通过所述数字接口存储所述斜率方向的改变；以及
识别测量间隔内的多个斜率方向改变；
其中所述控制包括对所述多个斜率方向改变的识别。
13.一种用于通过包括数字接口的温度传感器装置提供温度数据的方法，其包括
将可通过所述数字接口读取的当前温度值存储于第一存储器中；
将可通过所述数字接口读取的温度改变速率值存储于第二存储器中；
基于所述当前温度值与所述温度改变速率值发出冷却控制信号；
识别斜率方向是否改变及将所述斜率方向的改变存储于所述第二存储器中；及
在测量间隔内识别多个斜率方向改变；
其中，所述控制信号包括对所述多个斜率方向改变的识别。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二存储器存储使用界定测量间隔的多个循序温度测量样本在所述温度传感器内执行的计算。
15.根据权利要求14所述的方法，其中样本的数目是可编程的。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二存储器进一步存储斜率方向是否改变。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二存储器存储斜率方向在所述测量间隔内改变的次数。
18.根据权利要求13所述的方法，其还包括取决于所述温度改变速率值通过外部警示输出连接输出信号的步骤。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一存储器是存储器块且还存储平均温度值。
20.根据权利要求19所述的方法，其中用于计算所述平均温度值的温度值的数目是可编程的。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述温度改变速率值由此计算：
其中：
T(tmax)是所述测量间隔结束时的温度；
T(t0)是所述测量间隔开始时的温度；
增益是用于温差的因子；及
样本是样本数目。
22.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二存储器是可通过所述数字接口存取的寄存器。
23.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二存储器由形成寄存器块的多个寄存器提供。
24.一种用于控制系统中的温度的方法，所述系统包括经配置以确定可通过数字接口存取的所测量温度的改变速率的温度传感器、冷却风扇以及与所述温度传感器的所述数字接口耦合的处理器，所述方法包括：
确定所测量温度的改变速率；
基于温度测量值及所述温度的所述改变速率来控制所述冷却风扇；
识别斜率方向是否改变及将所述斜率方向的改变通过所述数字接口存储于存储器中；及
在测量间隔内识别多个斜率方向改变；
其中所述控制包括对所述多个斜率方向改变的识别。
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