ADT7301：具备±1°C精度的13位数字温度传感器
产品特性
- 13位温度至数字转换模块
- 工作温度范围覆盖-40°C至+150°C
- 典型精度为±0.5°C
- 分辨率达0.03125°C
- 待机电流为1微安
- 在3.3V供电时功耗为0.631mW
- 兼容SPI和DSP的串行接口
- 提供低功耗关机模式
- 封装形式为SOT-23和MSOP
- 与AD7814芯片兼容
应用领域
ADT7301适用于多种工业与消费类电子系统，包括：
- 医疗设备
- 汽车行业
- 环境温度控制
- 润滑油温度监测
- 液压系统管理
- 移动通信设备
- 硬盘驱动器
- 个人计算机
- 电子测试仪器
- 办公设备
- 家用电器
- 工业过程控制
概述
ADT7301是一款集成式的温度监测系统，提供SOT-23和MSOP两种封装方案。其内部集成了带隙温度传感器和13位模数转换器（ADC），能够实现从环境温度采集到数字化输出的全过程，分辨率可达0.03125°C。
该器件具备灵活的串行接口，能够无缝接入各种微控制器系统。该接口兼容SPI、QSPI和MICROWIRE协议，以及DSP接口标准。ADT7301还支持通过串行接口切换待机模式，适用于多种低功耗应用场景。其宽泛的供电范围、极低的电流消耗及标准化的接口设计，使其在PC、办公设备、汽车系统及家用电器等领域具备广泛适用性。
图1. ADT7301功能框图
产品亮点
- 集成温度传感器，覆盖-40°C至+150°C测量范围
- 供电电压支持2.7V至5.25V
- 提供节省空间的6引脚SOT-23和8引脚MSOP封装
- 典型精度为±0.5°C
- 13位温度读数，分辨率可达0.03125°C
- 关机模式下功耗低至4.88μW（VDD=3.3V，1SPS）
- 兼容AD7814芯片
工作原理
ADT7301采用13位数字架构，其中一位作为符号位，用于表示负温度。该模块内部集成有温度传感器、ADC、基准电路及串行接口逻辑。其模数转换过程基于传统的逐次逼近式转换原理，配合电容式数模转换器。
片上温度传感器可精确测量设备周围温度，测量范围为-40°C至+150°C。在温度超过125°C的情况下，设备的使用寿命将受限，长期运行可能影响其可靠性。
ADC功能详解
ADT7301内部具备自动生成的转换时钟，无需外部时钟干预即可进行读写操作。在正常模式下，系统以每1.5秒为周期自动启动一次转换，每次转换耗时约1.2毫秒。转换完成后，模拟电路将自动关闭，直至下一个周期开始。
通过控制寄存器，ADT7301可被置入低功耗关机状态，关闭内部振荡器，暂停所有转换过程。退出关机模式后，将重新启动一次温度测量，1.2毫秒后输出结果。
在串行端口操作过程中，所有读写操作均不影响正在进行的温度转换，且每次转换结果均存储在寄存器中，以备后续读取。
温度值寄存器
温度值寄存器为14位只读寄存器，以13位二进制补码格式存储ADC转换后的温度数据，其中最高位为符号位。该芯片支持的温度范围理论最大为255°C，但实际应用中受限于传感器校准，可测范围为-40°C至+150°C。
表1. 温度数据格式示例
串行接口详解
ADT7301的串行接口由四条信号线组成：片选（CS）、串行时钟（SCLK）、数据输入（DIN）和数据输出（DOUT）。系统支持三线模式运行，此时DIN接地，仅用于读取数据。为增强主从设备间的同步性，建议始终保持CS信号低电平以建立通信窗口。
该模块以从设备模式运行，需要主设备提供同步时钟信号。其串行接口兼容多种微控制器及DSP处理器，如80C51、68HC11及PIC16Cxx系列。
读写操作说明
读取操作过程中，ADT7301将从温度值寄存器中输出数据，共14位，含两个前导零。每次读取需经历16个时钟周期，数据在SCLK下降沿被时钟输出。
写入操作则通过DIN线设置控制寄存器中的掉电位，使设备进入关机模式。数据在第16个SCLK上升沿生效。若CS在此时拉高，则控制寄存器将不被更新。
接口应用示例
ADT7301的串行接口设计允许其快速连接至各种微控制器系统。图3至图6分别展示了其与MC68HC11、8051、PIC16C6x/7x及ADSP-21xx等处理器的连接方案。
图3. ADT7301与MC68HC11的连接
图4. ADT7301与8051的连接
图5. ADT7301与PIC16C6x/7x的连接
图6. ADT7301与ADSP-21xx的连接
安装与布线建议
ADT7301适用于表面贴装或空气温感应用。若采用导热粘接方式安装，其芯片温度可与目标表面保持在±0.1°C以内。在空气温感应用中，需对芯片背部和引脚进行适当的热隔离处理。
建议在VDD与GND之间加入0.1µF陶瓷电容进行去耦，尤其当ADT7301远离主电源时更为关键。
为防止冷凝和腐蚀，ADT7301及相关电路应保持干燥，必要时可使用防水清漆或保形涂层进行防护。该器件体积小巧，适合安装在密封金属探头中。