LM75：基于双线接口的数字温度传感器与热监控解决方案
作为一款集成温度传感器和数字过温检测功能的器件，LM75支持通过I²C总线接口进行通信，适用于多种精密热管理应用。其设计特点和性能参数使其成为工业及消费类电子领域的理想选择。
核心特性
- 提供SOP-8和Mini-SOP-8（MSOP）封装，节省PCB空间
- 支持I²C总线通信接口
- 独立的开漏输出引脚，适用于中断或比较器/恒温器功能
- 支持寄存器回读功能
- 支持默认阈值下的恒温器式运行模式
- 具备关机模式，以降低系统功耗
- 一条总线最多可连接8个LM75设备
- 获得UL认证，适用于多种安全关键系统
主要性能参数
- 供电电压范围：3.0V至5.5V
- 工作电流：
- 典型值：250µA
- 最大值：1mA
- 关机电流：4µA（典型值）
- 温度精度：
- 在-25°C至100°C范围内：±2°C（最大）
- 在-55°C至125°C范围内：±3°C（最大）
典型应用领域
- 系统级热管理
- 个人计算机
- 办公自动化设备
- 电子测试仪器
概述
LM75是一款集成了温度传感器、Delta-Sigma模数转换器（ADC）和过温检测功能的数字温度传感器模块。其通过I²C®总线接口与主控设备进行通信，允许用户随时查询当前温度值。
当环境温度超出设定的报警阈值（TOS）时，LM75的开漏式超温停机（O.S.）输出引脚将被激活。该引脚可配置为“比较器模式”或“中断模式”，具体行为取决于系统需求。
用户可通过I²C接口对TOS（过温触发点）和THYST（回差温度）进行编程，并支持读取寄存器内容。设备上的A0、A1和A2三个地址引脚可用于设定LM75在I²C总线上的设备地址，从而实现多设备并联。
该器件在比较器模式下的默认设置为TOS=80°C，THYST=75°C，且O.S.输出为低电平有效。LM75的宽供电范围、低功耗设计以及标准I²C接口，使其广泛适用于个人计算、测试测量以及办公自动化设备中的热管理与保护场景。
功能详解
1.0 温度检测与ADC结构
LM75内置带隙温度传感器和9位Delta-Sigma ADC，温度数据可通过I²C接口随时读取。若ADC正在执行转换任务，在读取时会暂停并重新启动。
该设备还配备数字比较器模块，用户可设定采样次数、报警阈值及回差值。当温度值连续满足设定条件时，O.S.输出将被激活。
LM75B版本在LM75C的基础上增加两项重要功能：
- 集成低通滤波器，分别用于SCL和SDA信号线，提高总线通信的抗干扰能力
- 支持总线故障超时功能：若SDA线保持低电平时间超过tTIMEOUT（75ms至325ms），设备将自动重置并进入空闲状态
1.1 O.S.输出及温度阈值行为
在比较器模式下，O.S.输出行为类似于恒温器。当温度超过TOS值时，输出激活；当温度回落至THYST以下时，输出取消。该模式可触发风扇启动、系统降频或紧急关机操作。
在中断模式下，O.S.输出在触发后保持激活，直到通过读取任一寄存器进行手动清除。同样，该输出只有在温度降至THYST以下后，方可再次被触发。
将LM75置于关机模式时，O.S.输出也将被重置。
1.2 上电与断电行为
LM75在每次上电时会进入预设状态，具体包括：
- 比较器模式
- TOS=80°C
- THYST=75°C
- O.S.输出为低电平有效
- 寄存器指针设为“00”
如果上电时未连接I²C总线，LM75将作为独立恒温器运行。
当电源电压低于约1.7V时，LM75进入断电状态。当电压回升超过此阈值时，内部寄存器将恢复为默认值。
1.3 I²C总线接口
LM75在I²C总线上作为从设备运行。SDA为双向数据线，SCL为输入时钟线。LM75的7位从地址由四个固定位“1001”和三个可编程位A2-A0组成，通过引脚电平设置。
完整地址格式如下：
1.4 温度数据格式
温度值由9位二进制补码格式表示，其中LSB对应0.5°C的分辨率。数据可在温度寄存器、TOS设定点及THYST设定点寄存器中进行读写操作。
1.5 关机模式
通过配置寄存器中的关机位可进入低功耗状态。该模式下电源电流可降至4µA，I²C接口仍保持活跃。TOS、THYST及配置寄存器内容在关机模式下可读写。
1.6 故障队列
LM75内置最多6次故障检测队列，用于防止在噪声环境下误触发O.S.输出。连续满足设定条件的次数决定了输出是否被激活。
1.7 比较器与中断模式
尽管O.S.触发条件在两种模式下相同，但中断模式下一旦激活，输出将保持激活状态，直到主机读取任一寄存器进行清除。
1.8 O.S.输出引脚
O.S.输出为开漏结构，需外部上拉电阻以输出高电平。上拉电阻值应尽量大，以减少内部加热误差。推荐最大上拉电阻为30kΩ，以确保输出高电平为2V。
1.9 O.S.输出极性设置
通过配置寄存器，O.S.输出可设置为低电平或高电平有效。默认情况下，输出为低电平有效。
1.10 内部寄存器结构
LM75共包含四个寄存器，由指针寄存器选择。上电后指针寄存器默认指向温度寄存器。TOS、THYST和配置寄存器支持读写操作。
写操作包括地址字节和指针字节，配置寄存器需1字节数据，TOS和THYST需2字节数据。
读取操作有两类：若指针位置正确（通常为温度寄存器），读取只需地址字节和数据字节。若需切换指针，则需发送地址字节、指针字节、重复开始条件和新的地址字节。
数据传输以高字节在前，主机可基于前几位数据快速判断温度状态。读取结束时可选择发送或不发送ACK信号。
若主机错误读取8位数据（例如从16位寄存器中读取8位，而D7位为0），SDA线将保持低电平，直到发生9个额外时钟周期或主机发送“停止”条件以重置设备。
应用提示
LM75测量的是其自身管芯温度，因此热路径设计至关重要。对于MSOP-8封装，GND引脚与管芯直接相连，提供最佳热传导路径。相比之下，SO-8封装中无引脚直连管芯，各引脚对温度的影响更为均匀。
在探头式安装中，LM75可封装于金属管内，用于液体或油箱中的温度监测。为防止冷凝或腐蚀，建议使用防水涂层（如Humiseal）进行保护。
数字噪声处理
LM75B版本在SCL和SDA线上集成低通滤波器，有效抑制总线干扰。尽管如此，仍建议采用良好PCB布局策略，包括远离开关电源、避免与高速线路平行。
若SDA或SCL线噪声幅值超过400mVpp，或电压过冲超过±300mV，可能导致串口通信失败。此时可能出现无确认信号，影响总线稳定性。
建议在长布线或多设备系统中合理端接。在SCL线上串联5kΩ电阻与LM75的5pF~10pF容性负载组成低通滤波器，可有效抑制噪声和振铃，提升信号完整性。