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Datasheet_MLX90614 中文版 数据手册.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.64M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    1 功能图
    2 概述
    3 目录
    4 术语缩写
    5 最大额定值
    6 引脚定义及描述
    7 电学特性
    7.1 MLX90614Axx
    7.2 MLX90614Bxx, MLX90614Dxx
    8 详细描述
    8.1 功能框图
    8.2 信号处理原理
    8.3 模块描述
    8.3.1 放大器
    8.3.2 电源电压稳压及上电复位
    8.3.3 EEPROM
    8.3.4 RAM
    8.4 SMBus可兼容 的两线通信协议
    8.4.1 功能描述
    8.4.2 与标准SMBus规范的区别 (参考资料 [1])
    8.4.3 详细描述
    8.4.3.1 总线协议
    8.4.3.1.1 读取数据 (取决于命令 – RAM 或 EEPROM)
    8.4.3.1.2 写入数据 (取决于命令 – RAM或 EEPROM)
    8.4.4 位传输
    8.4.5 命令
    8.4.6 SMBus 通信示例
    8.4.7 时序的规范
    8.4.8 睡眠模式
    8.4.8.1 进入睡眠模式
    8.4.8.2 退出随眠模式 (唤醒请求)
    8.4.9 MLX90614 SMBus的特别说明
    8.5 PWM
    8.5.1 PWM单数据模式
    8.5.2 PWM扩展模式
    8.5.3 自定义PWM输出的温度范围
    8.6 PWM和 SMBus通信之间的转换
    8.6.1 PWM 已使能
    8.6.2 请求信号
    8.6.3 PWM未使能
    8.7 环境温度和目标物体温度的计算
    8.7.1 环境温度 Ta
    8.7.2 物体温度 To
    8.7.3 计算流程
    8.8 热继电器
    9 传感器的特性
    10 性能图表
    10.1 MLX90614的温度精度
    10.1.1 标准精度
    10.1.2 医疗精度
    10.1.3 VDD对温度读数的影响
    10.2 视场 (FOV)
    11 应用信息
    11.1 MLX90614在SMBus通信中的配置
    11.2 多个MLX90614在SMBus通信网络中的配置
    11.3 PWM 输出模式的应用
    11.4 热警报器、恒温器
    11.5 高电压源的应用
    12 应用注释
    13 Melexis 不同焊接过程的产品有关工艺的标准信息
    14 ESD 预防
    15 FAQ
    16 封装信息
    16.1 MLX90614xxA
    16.2 MLX90614xCC
    16.3 MLX90614xCF
    16.4 MLX90614xCH
    16.5 MLX90614xCI
    16.6 零件的标记
    16.7 使用和储存湿度范围
    17 图片目录
    18 参考资料
    19 特别说明
    20 免责声明
    MLX90614 系列 单区视场和双区视场 TO-39 封装 红外温度传感器 应用实例  高精度非接触式温度测量  用于车用空调控制系统的温度舒适度传感器  住宅、商业和工业建筑的空调温度感应  挡风玻璃的除雾  汽车视野死角监测  工业上移动部件温度监测  打印机、复印机的温度控制  家电的温度控制单元  医疗保健  牲畜监控  移动物体的探测  多区域温度控制 – 2 线通信，读取多达 127 个 传感器  热继电器、报警  体温测量 特性和优点  尺寸小，成本低  易集成  在极宽温度范围内工作，带出厂校准： 传感器工作温度范围：-40…+125˚C 被测目标温度范围：-70…+380˚C  Ta 和 To 在 0 到 50°C 时，测量精度可达 0.5°C  高(医疗)精度校准  测量值分辨率 0.02°C  单区视场和双区视场可选  SMBus 兼容数字接口  可配置 PWM 连续输出  3V 或 5V 供电，也可使用 8…16V 供电调制  支持睡眠模式  适合不同应用领域的多种封装方式和测试方式  车用级别标准 订购信息 器件编号 温度代码 封装代码 E (-40C...85C) SF (TO-39) MLX90614 K (-40C…125C) - 选择码 - X X X (1) (2) (3) 标准部分 封装格式 -000 -TU (1) 供电电压/精度： A - 5V B - 3V C - 预留 D - 3V 医疗精度 (2) 热电堆数目： A – 单区视场 B – 双区视场 C – 带热梯度补偿* (3) 封装选择： A – 标准封装 B – 预留 C – 35° FOV D/E – 预留 F – 10° FOV G – 预留 H – 12° FOV (折射型透镜) I – 5° FOV 实例: MLX90614ESF-BAA-000-TU * : 见第 2 页 1 功能图 2 概述 MLX90614 是一款用于非接触式的红外温度传感器，集成 了红外探测热电堆芯片与信号处理专用集成芯片，全部封装 在 TO-39。 低噪声放大器、17 位 ADC 和强大的 DSP 处理单元的全 集成，使传感器实现了高精度，高分辨率的测量。 传感器的测量结果均出厂校准化，数据接口为数字式的 PWM 和 SMBus(System Management Bus) 输出。 作为标准，PWM 为 10 位，且配置为-20˚C 至 120 ˚C 内，分辨率为 0.14 ˚C 的连续输出。 传感器出厂默认，上电复位时为 SMBus 通信。 第 1 / 52 页 数据手册 2013/2/28 图 1: 典型应用电路 3901090614 Rev 008 J1CON1SCLSDAGNDVddC1 value and type may differin different applicationsfor optimum EMCU1MLX906141PWMSDAC1MLX90614 connection to SMBus4VssSCLVzMLX90614Axx: Vdd=4.5...5.5V32Vdd0.1uF
    MLX90614 系列 单区视场和双区视场 TO-39 封装 红外温度传感器 概述(续) MLX90614 集成了由 Melexis 研发生产的两款芯片：  红外热电堆探测器 MLX81101  专用信号处理芯片 MLX90302，专用于处理红外传感器的输出信号 传感器为标准工业封装 TO-39 封装。 低噪声放大器、17 位 ADC 和强大的 DSP 处理单元的全集成，使传感器实现了高精度，高分辨率的测 量。处理好的被测目标温度和环境温度均存储在 MLX90302 的 RAM 内，分辨率为 0.01 ˚C，可通过两种方式读 取，即两线串行 SMBus 兼容协议(分辨率为 0.02 ˚C)或 10 位的 PWM(Pulse Width Modulated)输出。 MLX90614 的测量结果均带出厂校准， 校准的工作环境温度范围为-40˚C 至 125˚C，被测目标温度范围 为-70˚C 至 380 ˚C。 被测目标的温度测量值为传感器 FOV 视场(Field Of View)内所有物体温度的平均值。MLX90614 在室 温下测量精度为±0.5˚C。医疗应用型号的 MLX90614 在人体温度范围内可测得±0.2˚C 的精度。 值得应用设计方注意的是，这里所声明保证的精度是在传感器处于热平衡且等温条件(传感器封装上无 温差)下测得的。传感器封装上的温差可能引起传感器测量的额外的误差，这种封装上的温差来源，如传感器旁 边有发热元件，加热器件或散热器件，或者挨着传感器有较热或叫冷的物体，这些不仅会加热传感器的感温元 件，也会影响传感器的封装温度。 这种局部热影响在 FOV 视场非常小的传感器上表现尤为明显，如 xxC 类和 xxF 类传感器，因为传感器 本身接收到目标物体的信号就已经很少了。为此，Melexis 引入了 xCx 系列传感器。在 MLX90614xCx 系列 中，传感器内部通过测量这个热梯度量来做补偿，但这种影响只是减小，并未完全消除。因此，在设计中，需 尽可能的避免热梯度，或者将传感器采取热隔离。 标准上，MLX90614 是按照目标物体发射率 1 进行校准的。客户可根据其目标物体的发射率进行修改， 可修改范围为 0.1 至 1.0，修改后，客户也不需要用黑体进行校准。 10-位 PWM 输出模式是连续输出所测物体温度的标准配置，测量物体的温度范围为-20…120 °C，分辨 率为 0.14 °C。PWM 通过修改 EEPROM 内 2 个单元的值，实际上可以根据需求调整至任何温度范围，而这对 出厂校准结果并无影响。 PWM 引脚也可配置为热继电器(输入是 To)，这样可以实现简单且性价比高的恒温控制器或温度报警(冰 点/沸点)应用，其中的温度临界值是用户可编程的。在 SMBus 系统里，这个功能可以作为处理器的中断信号， 以此触发读取主线上从动器的值，并确定精度条件。 传感器有两种供电电压选择：5V 或 3V(电池供电)。其中，5V 也可简便的从更高供电电压(例如 8 至 16V)上通过外接元件调制。(具体请参考“应用信息”) 传感器封装里也集成了光学滤波器(长波可透)，它主要截断可见光和近红外的辐射，以此提高传感器对 环境光及太阳光的抗扰度。光学滤波器可透波段为 5.5µm 至 14µm(除采用无涂层的锗镜头传感器，xCH 和 xCI 类) 3901090614 Rev 008 第 2 / 52 页 数据手册 2013/2/28
    MLX90614 系列 单区视场和双区视场 TO-39 封装 红外温度传感器 3 目录 1 功能图 ........................................................................................................................................................................................................ 1 2 概述 ............................................................................................................................................................................................................ 1 3 目录 ............................................................................................................................................................................................................ 3 4 术语缩写 ..................................................................................................................................................................................................... 4 5 最大额定值 ................................................................................................................................................................................................. 4 6 引脚定义及描述 .......................................................................................................................................................................................... 5 7 电学特性 ..................................................................................................................................................................................................... 6 7.1 MLX90614Axx ..................................................................................................................................................................................... 6 7.2 MLX90614Bxx, MLX90614Dxx ............................................................................................................................................................ 8 8 详细描述 ................................................................................................................................................................................................... 10 8.1 功能框图 ............................................................................................................................................................................................ 10 8.2 信号处理原理 ..................................................................................................................................................................................... 10 8.3 模块描述 ............................................................................................................................................................................................ 11 8.3.1 放大器 ........................................................................................................................................................................................ 11 8.3.2 电源电压稳压及上电复位 ............................................................................................................................................................ 11 8.3.3 EEPROM ................................................................................................................................................................................... 11 8.3.4 RAM .......................................................................................................................................................................................... 14 8.4 SMBus 可兼容 的两线通信协议 ......................................................................................................................................................... 14 8.4.1 功能描述 .................................................................................................................................................................................... 14 8.4.2 与标准 SMBus 规范的区别 (参考资料 [1]) ................................................................................................................................... 15 8.4.3 详细描述 .................................................................................................................................................................................... 15 8.4.4 位传输 ........................................................................................................................................................................................ 16 8.4.5 命令 ........................................................................................................................................................................................... 17 8.4.6 SMBus 通信示例 ........................................................................................................................................................................ 17 8.4.7 时序的规范 ................................................................................................................................................................................. 18 8.4.8 睡眠模式 .................................................................................................................................................................................... 19 8.4.9 MLX90614 SMBus 的特别说明 ................................................................................................................................................... 20 8.5 PWM ................................................................................................................................................................................................. 21 8.5.1 PWM 单数据模式 ....................................................................................................................................................................... 22 8.5.2 PWM 扩展模式 ........................................................................................................................................................................... 23 8.5.3 自定义 PWM 输出的温度范围 ..................................................................................................................................................... 24 8.6 PWM 和 SMBus 通信之间的转换 ....................................................................................................................................................... 26 8.6.1 PWM 已使能 .............................................................................................................................................................................. 26 8.6.2 请求信号 .................................................................................................................................................................................... 26 8.6.3 PWM 未使能 .............................................................................................................................................................................. 26 8.7 环境温度和目标物体温度的计算 ........................................................................................................................................................ 27 8.7.1 环境温度 Ta ............................................................................................................................................................................... 27 8.7.2 物体温度 To ............................................................................................................................................................................... 27 8.7.3 计算流程 .................................................................................................................................................................................... 28 8.8 热继电器 ............................................................................................................................................................................................ 30 9 传感器的特性 ............................................................................................................................................................................................ 31 10 性能图表 ................................................................................................................................................................................................. 32 10.1 MLX90614 的温度精度 .................................................................................................................................................................... 32 10.1.1 标准精度 .................................................................................................................................................................................. 32 10.1.2 医疗精度 .................................................................................................................................................................................. 33 10.1.3 VDD 对温度读数的影响 .............................................................................................................................................................. 33 10.2 视场 (FOV) ...................................................................................................................................................................................... 35 11 应用信息 ................................................................................................................................................................................................. 39 11.1 MLX90614 在 SMBus 通信中的配置 ................................................................................................................................................ 39 11.2 多个 MLX90614 在 SMBus 通信网络中的配置 ................................................................................................................................. 39 11.3 PWM 输出模式的应用 ...................................................................................................................................................................... 40 11.4 热警报器、恒温器 ............................................................................................................................................................................ 40 11.5 高电压源的应用 ............................................................................................................................................................................... 41 12 应用注释 ................................................................................................................................................................................................. 42 13 Melexis 不同焊接过程的产品有关工艺的标准信息 ................................................................................................................................... 44 14 ESD 预防 ................................................................................................................................................................................................ 44 15 FAQ ........................................................................................................................................................................................................ 45 16 封装信息 ................................................................................................................................................................................................. 47 16.1 MLX90614xxA ................................................................................................................................................................................. 47 3901090614 Rev 008 第 3 / 52 页 数据手册 2013/2/28
    MLX90614 系列 单区视场和双区视场 TO-39 封装 红外温度传感器 16.2 MLX90614xCC ................................................................................................................................................................................ 47 16.3 MLX90614xCF ................................................................................................................................................................................ 48 16.4 MLX90614xCH ................................................................................................................................................................................ 48 16.5 MLX90614xCI ................................................................................................................................................................................. 49 16.6 零件的标记 ...................................................................................................................................................................................... 49 16.7 使用和储存湿度范围 ........................................................................................................................................................................ 49 17 图片目录 ................................................................................................................................................................................................. 50 18 参考资料 ................................................................................................................................................................................................. 51 19 免责声明 ................................................................................................................................................................................................. 51 4 术语缩写 PTAT POR HFO DSP FIR IIR IR PWM DC FOV SDA,SCL Ta To ESD EMC ASSP TBD 与绝对温度(封装温度)成正比的传感器(package temperature) 上电复位 高频振荡器(RC 型) 数字信号处理 有限脉冲响应(数字滤波器) 无线脉冲响应(数字滤波器) 红外光 脉冲宽度调制 (PWM 的)占空比；直流(对稳定状态) 视场 串行数据，串行时钟(SMBus 的通信引脚) 传感器测量到的环境温度(封装温度) 被测目标温度(红外传感器“看到”的温度) 静电放电 电磁兼容性 专用标准产品 未定义 注：有时也成MLX90614xxx 为“模块”。 5 最大额定值 参数 MLX90614ESF-Axx 7V 5.5 V 供电电压，VDD (过压) 供电电压，VDD (工作) 反向电压 工作温度范围 TA 储藏温度范围 TS ESD 灵敏度 (AEC Q100 002) SCL / Vz (Vz mode)的 DC 注入电流 SDA / PWM 引脚的 DC 灌电流 SDA / PWM 引脚的 DC 源电流 SDA / PWM 引脚的 DC 钳位电流 SCL 引脚的 DC 钳位电流 MLX90614KSF-Axx 7V 5.5V -40…+125°C -40…+125°C MLX90614ESF-Bxx MLX90614ESF-Dxx -40…+85C -40…+125C 5V 3.6V 0.4 V 2kV 2 mA 25 mA 25 mA 25 mA 25 mA 表 1: MLX90614 的绝对最大额定值 超过绝对最大额定值可能造成器件永久性损坏，将器件长期置于绝对最大额定值会影响器件使用的可靠性。 3901090614 Rev 008 第 4 / 52 页 数据手册 2013/2/28
    6 引脚定义及描述 MLX90614 系列 单区视场和双区视场 TO-39 封装 红外温度传感器 引脚名称 SCL / Vz 图 2: 引脚描述 功能 2 线通信协议中的串行时钟输入。内置 5.7V 齐纳二极管，便于外接双极型二极管，实 现 MLX90614Axx 适用于 8 至 16V 的供电。 SDA / PWM 数字输入、输出。正常情况下，可在此引脚上读出 PWM 制式的被测目标温度。 SMBus 兼容模式中，此引脚自动配置为开漏 NMOS。 VDD VSS 外接供电电压 接地。传感器的金属壳也连接到此引脚。 表 2: MLX90614 的引脚描述 注：+12V (+8…+16V)供电应用，请参考应用信息章节。考虑到 EMC 及等温条件等原因，强烈建议不要连接任何除了 VSS 引脚以外的电气连接到传感器金属壳上。 当 SCL/Vz 引脚和 PWM/SDA 引脚配置成两线通信模式时，输入端的施密特触发器功能自动使能。 3901090614 Rev 008 第 5 / 52 页 数据手册 2013/2/28
    MLX90614 系列 单区视场和双区视场 TO-39 封装 红外温度传感器 7 电学特性 7.1 MLX90614Axx 所有参数都是在 TA = 25 ˚C, VDD =5V 的测试条件下所得(有特别说明的除外) 参数 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 供电电压 供电电流 供电电流(编程时) 稳压二极管电压 VDD IDD IDDpr Vz 稳压二极管电压 Vz(Ta) POR 电位 POR 电位 POR 迟滞 VDD 上升时间 (从供电电压 的 10%到 90%) VPOR_up VPOR_down VPOR_hys TPOR 电源 无负载 无负载，EEPROM 擦写操作 Iz = 75…1000μA (Ta=室温) Iz = 70…1000μA, 全温度范围 上电复位 上电 (全温度范围) 断电 (全温度范围) 全温度范围 保证 POR 信号 有效输出(RAM 中有效数据) Tvalid POR 上电复位后 PWM 分辨率 PWM 输出周期 PWMres PWMT,def 脉冲宽度调制1 1 数据带宽 出厂默认值 (内部振荡器已出厂校准) PWM 周期的稳定性 dPWMT 内部振荡器已基于全温度全电压 范围内出厂校准 输出电压高电平 输出电压低电平 输出驱动电流 输出灌电流 PWMHI PWMLO IdrivePWM IsinkPWM Isource = 2 mA Isink = 2 mA Vout,H = VDD - 0.8V Vout,L = 0.8V 4.5 5.5 5.15 1.4 1.3 0.08 -10 VDD-0.2 5 1.3 1.5 5.7 5.7 1.75 1.7 0.1 5.5 2 2.5 5.9 6.24 1.95 1.9 1.15 V mA mA V V V V V 20 ms 0.25 10 1.024 VSS+0.2 7 13.5 s bit ms +10 % V V mA mA 接下一页 3901090614 Rev 008 第 6 / 52 页 数据手册 2013/2/28
    MLX90614 系列 单区视场和双区视场 TO-39 封装 红外温度传感器 参数 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 SMBus 兼容 2 线数据接口 2 输入高电平 输入低电平 输出低电平 SCL 漏电流 SDA 漏电流 SCL 寄生电容 SDA 寄生电容 从动器地址 唤醒请求 请求 SMBus 工作模式 低电平超时 高电平超时 确认建立 确认保持 确认建立 确认保持 数据保留时长 擦写次数 擦写次数 擦出单元时间 写入单元时间 VIH (Ta, V) VIL (Ta, V) VOL ISCL, leak ISDA, leak CSCL CSDA SA twake tREQ Timeout,L Timeout,H 全温度、全电压范围 全温度、全电压范围 全温度、全电压范围， Isink = 2mA VSCL=4V, Ta=+85°C VSDA=4V, Ta=+85°C 出厂默认 SDA 信号持低 SCL 信号持低 SCL 信号持低 SCL 信号持高 Tsuac(MD) 主控器 SCL 信号的第 8 个下降沿 Thdac(MD) 主控器 SCL 信号的第 9 个下降沿 Tsuac(SD) 从动器 SCL 信号的第 8 个下降沿 Thdac(SD) 从动器 SCL 信号的第 8 个下降沿 Terase Twrite EEPROM Ta = +85°C Ta = +25°C Ta = +125°C 表 3: MLX90614Axx 的电学特性 3 33 1.44 27 45 10 100,000 10,000 5A 5 5 0.6 0.2 30 0.3 10 10 33 55 1.5 1.5 2.5 1.5 V V V μA μA pF pF hex ms ms ms μs μs μs μs μs years Times Times ms ms 注：所有的通信和刷新率计时都是基于最优校正后的高频振荡器的频率得到的，所有计时都会根据振荡器频率的变化而变 化。 1. 负载容性较大时，建议使用低频率的 PWM 输出。当配置为热继电器时，其输出具有 PWM 输出的 DC 特性，并 且可以编程为推挽或 NMOS 开漏。上电后的输出是出厂默认的 SMBus 输出模式，客户随后可自由选择是否使用 PWM 输出 模式，具体切换方式，请参考第 8.6 章节“PWM 模式和 SMBus 通信间的转换”。 2. 关于 12V 的 SMBus 兼容接口的应用，请参考应用信息章节。SMBus 兼容接口在对应的章节有具体的解析。一 条 SMBus 总线上，最多能连接 127 个 MLX90614，为了在总线上实现更快的数据传输，带动更多的设备和负载，建议配置 较大的上拉电流源。在总线上，MLX90614 只能作为从动器存在。在 SMBus 通信模式里，MLX90614 有高功耗和低功耗两 种工作模式。 此前提及的各种电压都是对 Vss(接地)而言的，有特别说明的除外。 5V 供电的 MLX90614(MLX90614Axx)不支持睡眠模式。 3901090614 Rev 008 第 7 / 52 页 数据手册 2013/2/28
    MLX90614 系列 单区视场和双区视场 TO-39 封装 红外温度传感器 7.2 MLX90614Bxx, MLX90614Dxx 所有参数都是在 TA = 25 ˚C, VDD =3V 的测试条件下所得(有特别说明的除外) 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 2.6 1 1 1.4 1.3 0.08 3 1.3 1.5 2.5 2.5 1.75 1.7 0.1 3.6 2 2.5 5 6 1.95 1.9 1.15 V mA mA μA μA V V V 20 ms 0.25 10 1.024 -10 VDD-0.25 4.5 11 +10 VSS+0.25 s bit ms % V V mA mA 参数 供电电压 供电电流 供电电流(编程时) 电流(睡眠模式) 电流(睡眠模式) 符号 VDD IDD IDDpr Isleep Isleep POR 电位 POR 电位 POR 迟滞 VPOR_up VPOR_down VPOR_hys 电源 无负载 无负载，EEPROM 擦写操作 无负载 全温度范围 上电复位 上电 (全温度范围) 断电 (全温度范围) 全温度范围 VDD 上升时间 (从供电电压 的 10%到 90%) TPOR 保证 POR 信号 有效输出(RAM 有效数据) Tvalid PWM 分辨率 PWMres PWM 输出周期 PWMT,def PWM 周期的稳定性 dPWMT 输出电压高电平 输出电压低电平 输出驱动电流 输出灌电流 PWMHI PWMLO IdrivePWM IsinkPWM POR 上电复位后 脉冲宽度调制 1 数据带宽 出厂默认值 (内部振荡器已出厂校准) 内部振荡器已基于全温度全电压 范围内出厂校准 Isource = 2 mA Isink = 2 mA Vout,H = VDD - 0.8V Vout,L = 0.8V 接下一页 3901090614 Rev 008 第 8 / 52 页 数据手册 2013/2/28
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