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Wozu Temperatursensoren mit integriertem EEPROM gut sind

| Autor / Redakteur: Bryce Morgan* / Kristin Rinortner

Temperatursensoren: Digitale Temperatursensoren mit integriertem EEPROM halten Systeme kühl – selbst wenn es heiß hergeht.
Temperatursensoren: Digitale Temperatursensoren mit integriertem EEPROM halten Systeme kühl – selbst wenn es heiß hergeht. (Bild: Microchip)

Wir zeigen Ihnen, wie mit einem integrierten EEPROM eine einfache und kostengünstige Methode zur genauen Temperaturmessung funktioniert, mit der sich gleichzeitig der Einsatz des Sensors aufzeichnen und verfolgen lässt.

Dieser Beitrag geht näher auf die Bedeutung von integrierten EEPROMs in I2C-Temperatursensoren mit Digitalausgang ein. Neben technischen Erläuterungen werden Beispiele aufgezeigt, wie sich eine einfache EEPROM-Schreibsequenz für Designs umsetzen lässt.

Bei I2C-Temperatursensoren handelt es sich um integrierte Schaltkreise, die seit ihrer Einführung vor über 20 Jahren milliardenfach verkauft wurden. Sie sind eine beliebte Lösung zur Temperaturüberwachung in unzähligen Elektronikprodukten und -systemen. Sie helfen Entwicklern, die Temperatur ihrer Produkte in Echtzeit zu messen, zu regeln und auf Über- oder Unterschreitungen der Temperaturgrenzen zu reagieren.

I2C-Temperatursensoren bieten eine umfassende Lösung zur Temperaturüberwachung. Sie messen ihre eigene Innentemperatur, wandeln diese in einen digitalen Wert um, der sich dann über das I2C-Standardprotokoll einfach auswerten lässt. Diese Sensoren geben digitale Temperaturdaten aus, so dass keine externen Bauteile wie A/D-Wandler oder Datennachverarbeitungs-ICs erforderlich sind.

Ein „digitaler“ Temperatursensor wird beim Hersteller werkseitig kalibriert, um genau definierte Anforderungen an die Temperaturgenauigkeit innerhalb eines gegebenen Temperaturbereichs zu erfüllen. Die Bausteine verschiedener Anbieter weisen eine maximale Genauigkeit von ±1 °C (oder besser) über einen Temperaturbereich von –40 bis 125 °C aus.

Ist ein EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read-Only Memory) in den Temperatursensor integriert, kann der Nutzer kritische anwendungsspezifische Daten speichern. Das EEPROM ist ein dedizierter nichtflüchtiger Speicher in verschiedenen Größen, der als Nutzer-Speicherbereich vorgesehen ist.

Hauptmerkmal eines EEPROMs ist, dass jede Speicherbyte-Position mehr als eine Million Mal beschrieben werden kann. Der Speicher eignet sich daher ideal für häufige Datenänderungen in fast allen Produkten und Anwendungen.

Drei Gründe, warum Sie einen Temperatursensor mit integriertem EEPROM verwenden sollten

Erstens bietet der integrierte Speicher die Möglichkeit, kritische Daten des Temperatursensors lokal aufzuzeichnen. Beispiele sind das Protokollieren von Temperatur-Extremwerten (Abschaltung oder System-Ausfall), das generelle Aufzeichnen von Temperaturen, Datum/Uhrzeit, Fehleranzahl sowie das Protokollieren der Einschaltdauer und vieler anderer Bedingungen, die vermieden werden sollen.

Der im Temperatursensor integrierte Speicher wird ausgelesen, um zu erfahren, wie oft das Produkt eine kritische Temperatur erreicht hat. Diese Daten dokumentieren im Garantiefall, ob der Anwender das Produkt in einer Umgebung mit gleichbleibend zu hoher Temperatur betrieben hat, wodurch möglicherweise die Garantie oder der Garantieanspruch erlischt. Oder ob das Produkt übertaktet oder falsch eingesetzt wurde.

Die gespeicherten Daten können auch bei der Suche nach der Fehlerursache helfen. Durch den integrierten Speicher sinkt das Risiko einer Datenmanipulation und die gespeicherten Daten helfen bei der Feststellung, ob Garantieansprüche gerechtfertigt sind.

Der zweite Grund für einen integrierten EEPROM ist, dass sich mithilfe des integrierten Speichers verfolgen lässt, wie Endkunden das Produkt anwenden. Damit lässt sich feststellen, ob der Anwender bestimmte Funktionen tatsächlich nutzt oder nicht.

Der dritte Grund für den Einsatz eines integriertem EEPROMs ist die Speicherung von Werkseinstellungen, Systemkonfiguration und Parameter. Es ließe sich abspeichern, wie das Produkt mit einem Testprogramm überprüft wurde. Der Testaufbau und der Standort des Geräts zusammen mit seinen Parametern würden bei einer Rückgabe helfen, da nachvollziehbar ist, wie das Produkt im Werk getestet wurde.

Darüber hinaus kann der integrierte Speicher wichtige Daten zur Systemkonfiguration enthalten, die den Einschalt- und Initialisierungsprozess des Systems oder Produkts unterstützen. Zukünftige Produkt-Upgrades lassen sich durch einfaches Umprogrammieren der existierenden Konfigurationsdaten in einem einfachen Programmiervorgang durchführen.

Beispiel einer Schreibsequenz für die Prüfung von Funktionen

Vielleicht haben Sie in Ihr aktuelles Produkt neue Funktionen integriert? Nun möchten Sie wissen, ob Kunden diese tatsächlich verwenden. Nachfolgend zeige ich, wie sich dies mit einer einfachen Schreibsequenz implementieren ließe.

Dies könnte über zwei EEPROM-Byte-Speicherorte erfolgen, denen zwei verschiedene Werte zugeordnet werden. Somit wissen Sie im Voraus, dass diese zwei Werte das spezifische Merkmal oder eine bestimmte Produktfunktion speichern. Der erste Byte-Speicherort kann bei jeder Nutzung der Funktion den inkrementierten Wert speichern.

Der zweite Byte-Speicherort wird als Datums- und Zeitstempel genutzt, um zu erfahren, wann die Funktion das letzte Mal verwendet wurde. Ebenfalls sinnvoll wäre es, Echtzeitdaten von den Kunden zu erhalten, um zu wissen, ob und wann sie tatsächlich eine Funktion verwenden. Diese Ergebnisse sind wesentlich wertvoller als eine Kundenbefragung oder eine Fokusgruppe.

Ein I2C-Temperatursensor mit integriertem EEPROM, wie der AT30TSE758A ermöglicht Herstellern, die drei oben genannten Vorteile zu nutzen. Präzise Temperaturüberwachungs-ICs kombinieren einen hochpräzisen digitalen Temperatursensor, programmierbare Grenzwerte für einen Alarm bei zu hohen und zu niedrigen Temperaturen, integrierte nichtflüchtige Register und 8-kBit-EEPROM in einem kompakten Gehäuse (Bild 1).

Damit eignen sich diese Sensoren für zahlreiche Anwendungen, bei denen die Messung lokaler Temperaturen ein wesentlicher Bestandteil der Funktion und/oder der Zuverlässigkeit des Systems ist. Bild 1 beschreibt den grundlegenden Aufbau eines solchen Sensors.

Der beschriebene Sensor kann Temperaturen über einen Bereich von –55 bis 125 °C messen und bietet eine Genauigkeit von ±0,5 °C zwischen 0 und 85 °C. Die Ergebnisse der digitalisierten Temperaturmessungen werden in einem der internen Register gespeichert, das jederzeit über die serielle I2C-Schnittstelle des Sensors ausgelesen werden kann.

Eine weitere Möglichkeit, das Wärmemanagement eines Systems zu verbessern, ist ein Temperatursensor mit nichtflüchtigen Registern. Damit lassen sich die Konfigurations- und Temperaturgrenzwerte auch nach dem Aus- und Wiedereinschalten des Geräts speichern und beibehalten. Damit erübrigt sich nach jedem Einschaltvorgang die erneute Konfiguration des Systems, was einen eigenständigen Betrieb ermöglicht. Das System muss sich somit nicht auf einen Host-Controller für die Gerätekonfiguration verlassen, um die Initialisierungssequenz beim Einschalten zu durchlaufen.

Fazit: Ein integriertes EEPROM in einem Temperatursensor bietet also zahlreiche Vorteile, um Wärmemanagement-Funktionen und mögliche Designüberlegungen umzusetzen.

* Bryce Morgan ist Product Marketing Manager in der Gruppe Mixed Signal and Linear bei Microchip in Chandler, U.S.A.

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