深入剖析LM87：硬件監(jiān)控的全能之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，硬件監(jiān)控是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。德州儀器（TI）的LM87作為一款高度集成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為服務(wù)器、個(gè)人計(jì)算機(jī)等基于微處理器的系統(tǒng)提供了全面的硬件監(jiān)控解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款強(qiáng)大的芯片。

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一、LM87概述

LM87具備7個(gè)模擬輸入、一個(gè)內(nèi)部結(jié)型溫度傳感器、兩個(gè)遠(yuǎn)程結(jié)溫度傳感通道、一個(gè)Delta - Sigma ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、一個(gè)DAC輸出、2個(gè)風(fēng)扇速度計(jì)數(shù)器、WATCHDOG寄存器以及各種輸入輸出接口，還集成了兩線SMBus?串行總線接口。它能夠?qū)€(gè)人計(jì)算機(jī)的電源、溫度、風(fēng)扇控制和風(fēng)扇監(jiān)控等方面進(jìn)行全面管理。

二、關(guān)鍵特性與規(guī)格

（一）特性

1. 溫度傳感：支持2通道遠(yuǎn)程二極管溫度傳感，同時(shí)具備片上溫度傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部和外部溫度的精確監(jiān)測(cè)。
2. 電壓監(jiān)測(cè)：擁有8個(gè)正電壓輸入，可通過(guò)縮放電阻直接監(jiān)測(cè) +5 V、+12 V、+3.3 V、+2.5 V、Vccp等電源。
3. 風(fēng)扇監(jiān)控與控制：2個(gè)輸入可選擇用于風(fēng)扇速度或電壓監(jiān)測(cè)，還配備8位DAC輸出用于控制風(fēng)扇速度。
4. 其他功能：具備機(jī)箱入侵檢測(cè)器輸入、WATCHDOG功能，可對(duì)所有監(jiān)測(cè)值進(jìn)行比較，并且兼容SMBus?或I2C串行總線接口，還提供VID0 - VID4或IRQ0 - IRQ4監(jiān)測(cè)輸入。

（二）規(guī)格

1. 電壓監(jiān)測(cè)誤差：最大為 ±2 %。
2. 溫度誤差：外部溫度誤差最大為 ±4 °C，內(nèi)部溫度在 -40 °C 至 +125 °C 范圍內(nèi)典型誤差為 ±3 °C。
3. 供電范圍：電源電壓范圍為2.8至3.8 V，典型供電電流為0.7 mA。
4. 分辨率：ADC和DAC分辨率均為8位，溫度分辨率為1.0 °C。

三、引腳功能詳解

LM87共有24個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，ADD/NTEST_OUT引腳通常作為三態(tài)輸入控制串行總線地址的兩個(gè)最低有效位，在NAND樹(shù)測(cè)試時(shí)還可作為輸出；THERM#引腳可作為溫度中斷的開(kāi)漏輸出或風(fēng)扇控制的中斷輸入；SMBData和SMBCLK分別為串行總線的雙向數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線等。詳細(xì)的引腳功能可參考文檔中的引腳描述表格。

四、電氣特性

（一）直流特性

在 +2.8 V 至 +3.8 V 的電源電壓下，LM87展現(xiàn)出了良好的電氣性能。例如，電源電流在正常模式下典型值為0.7 mA，最大為2.0 mA；溫度 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的溫度誤差在不同條件下有明確的規(guī)格，如使用內(nèi)部二極管時(shí)典型誤差為 ±3 °C 等。

（二）交流特性

在串行總線通信方面，LM87也有嚴(yán)格的時(shí)序要求。例如，SMBCLK的時(shí)鐘周期最小為2.5 μs，SMBCLK和SMBData的上升時(shí)間最大為1 μs，下降時(shí)間最大為300 ns等。

五、功能描述

（一）模擬輸入

所有模擬輸入電壓都能數(shù)字化為8位分辨率。為確保安全和精度，建議在所有模擬電壓輸入處串聯(lián)一個(gè)510 Ω的電阻。不同模擬輸入的LSB大小、對(duì)應(yīng)特定ADC讀數(shù)的輸入電壓等都有詳細(xì)的理論值，可通過(guò)簡(jiǎn)單的乘法運(yùn)算將數(shù)字讀數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓值。對(duì)于負(fù)電源電壓，可通過(guò)電阻分壓器將其應(yīng)用到AIN輸入。

（二）風(fēng)扇輸入

FAN1和FAN2輸入可接收帶有轉(zhuǎn)速計(jì)輸出的風(fēng)扇信號(hào)。這些輸入是邏輯電平輸入，閾值約為V+/2，能適應(yīng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速計(jì)輸出的緩慢上升和下降時(shí)間。風(fēng)扇輸入可通過(guò)內(nèi)部22.5 kHz振蕩器對(duì)風(fēng)扇信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而計(jì)算出風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。默認(rèn)除數(shù)可通過(guò)VID/Fan Divisor寄存器進(jìn)行編程。

（三）DAC輸出

LM87提供一個(gè)輸出范圍為0至2.5 V的8位DAC，常用于風(fēng)扇控制。上電時(shí)，DAC提供全輸出，確保風(fēng)扇以全速運(yùn)行。在使用時(shí)，需注意避免將與該引腳相連的模擬電路驅(qū)動(dòng)電壓超過(guò)2.5 V，以免進(jìn)入NAND樹(shù)測(cè)試模式。

（四）溫度測(cè)量系統(tǒng)

LM87的溫度傳感器和ADC可產(chǎn)生8位二進(jìn)制補(bǔ)碼溫度數(shù)據(jù)，能監(jiān)測(cè)一個(gè)內(nèi)部二極管結(jié)溫度和最多兩個(gè)外部結(jié)溫度。溫度數(shù)據(jù)以8位二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示，LSB等于1°C。在PCB布局時(shí)，為減少噪聲對(duì)溫度測(cè)量的影響，需遵循一系列布局建議，如在VCC引腳附近放置0.1 μF電源旁路電容，在D+和D - 引腳附近放置2.2 nF電容等。

（五）WATCHDOG限制比較與中斷結(jié)構(gòu)

LM87可根據(jù)內(nèi)部WATCHDOG寄存器對(duì)模擬、溫度和風(fēng)扇輸入產(chǎn)生中斷。中斷源包括機(jī)箱入侵、THERM#輸入、IRQ0 - 4等。INT#和THERM#是兩個(gè)重要的中斷輸出，INT#系統(tǒng)可將多個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)組合成一個(gè)公共輸出，THERM#則專(zhuān)門(mén)用于溫度相關(guān)的錯(cuò)誤條件。中斷狀態(tài)寄存器、中斷狀態(tài)鏡像寄存器和中斷屏蔽寄存器共同協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)中斷的管理和控制。

六、使用建議

（一）上電操作

上電時(shí)，LM87會(huì)對(duì)部分寄存器進(jìn)行“上電復(fù)位”。通常，上電后的第一步是將WATCHDOG限制寫(xiě)入Value RAM。

（二）復(fù)位操作

除了編程的DAC輸出外，所有寄存器值都可通過(guò)將RESET#輸入拉低至少TBD ns或進(jìn)行配置寄存器初始化來(lái)恢復(fù)到“上電”默認(rèn)值。

（三）配置寄存器和通道模式寄存器

這些寄存器控制著LM87的操作，如啟動(dòng)和停止監(jiān)控循環(huán)、啟用和禁用中斷輸出、配置雙功能輸入等。

（四）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

通過(guò)寫(xiě)入配置寄存器1并設(shè)置INT_Clear（位3）為低，Start（位0）為高，可啟動(dòng)LM87的監(jiān)控功能。監(jiān)控過(guò)程大約每0.3 s對(duì)所有模擬輸入、溫度和風(fēng)扇速度輸入進(jìn)行一次“循環(huán)”監(jiān)測(cè)。

（五）讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)在Value RAM中，可隨時(shí)讀取。但為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，讀取單個(gè)值的頻率不應(yīng)超過(guò)每56 ms一次，讀取所有值時(shí)，兩組值之間的讀取間隔應(yīng)至少為0.6秒。

七、典型應(yīng)用

在PC應(yīng)用中，LM87可監(jiān)測(cè)溫度、2個(gè)風(fēng)扇的速度以及6個(gè)電源電壓，還能監(jiān)測(cè)光學(xué)機(jī)箱入侵檢測(cè)器。同時(shí)，它提供的DAC輸出可用于控制風(fēng)扇速度，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

八、總結(jié)

LM87以其豐富的功能、高精度的監(jiān)測(cè)能力和靈活的配置選項(xiàng)，成為了硬件監(jiān)控領(lǐng)域的一款優(yōu)秀芯片。無(wú)論是在服務(wù)器、工作站還是個(gè)人計(jì)算機(jī)等應(yīng)用中，它都能發(fā)揮重要作用。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)硬件監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，LM87無(wú)疑是一個(gè)值得考慮的選擇。你在使用LM87的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。