Standard-I2C-Temperatursensoren, die zum LM75-Protokoll kompatibel sind, enthalten vier grundlegende interne Register, nämlich Zeigerregister (Pointer), Konfigurationsregister, Hochtemperaturgrenzwert-Register (THIGH) und Tieftemperaturgrenzwert-Register (TLOW).

Temperatursensoren: Das will wirklich kein Entwickler.

Das will wirklich kein Entwickler. Microchip

Über diese Register lassen sich die Betriebseinstellungen des Temperatursensors während der Initialisierung durch den Host-Controller nach dem Einschalten anpassen – mit Ausnahme des Temperaturregisters, doch dazu später mehr. Das Zeigerregister erlaubt den Zugriff auf eines der vier Register durch indirektes „Zeigen“ auf das ausgewählte Register. Die Konfigurations-, TLOW- und THIGH-Grenzwert- und Temperaturregister können nicht direkt über I2C-Softwarebefehle aufgerufen werden, sondern nur über das Zeigerregister (Bild 2).

Temperatursensoren: Bild 2: Standardregister in Temperatursensoren mit digitalem Ausgang.

Bild 2: Standardregister in Temperatursensoren mit digitalem Ausgang. Microchip

Das Konfigurationsregister steuert wichtige Betriebsmodi und Sensoreinstellungen wie die Genauigkeit der Temperaturmessung, die Fehlertoleranz-Warteschlange, die Polarität des Alert-Anschlusses, den Alarm-Thermostat-Modus und den Shutdown-Modus. Einige Sensoren am Markt bieten auch einen One-Shot-Modus. Dieser Energiesparmodus aktiviert den Sensor aus dem Standby-Modus, um eine  Temperaturmessung durchzuführen, das Temperaturregister zu aktualisieren und wieder in den Standby-Modus zurückzukehren.

Das Temperaturregister ist ein schreibgeschütztes Register (Read-Only), das den digitalisierten Wert der letzten Temperaturmessung speichert und jederzeit einfach gelesen werden kann, um die aktuelle Temperatur zu ermitteln. Da die Temperaturmessungen im Hintergrund erfolgen, beeinflusst das Lesen keinen anderen gerade laufenden Vorgang.

Die TLOW- und THIGH-Grenzwertregister speichern die einstellbaren unteren und oberen Temperaturgrenzwerte für den Temperaturalarm. Bild 3 beschreibt ein typisches Temperaturprofil. Stellt ein Anwender die TLOW- und THIGH-Register zum Beispiel auf 50 beziehungsweise 85 °C ein, dann setzt der Temperatursensor Flags und steuert seinen Ausgangspin an, um den Host-Controller zu benachrichtigen, dass ein Grenzwert überschritten wurde.

Anforderungen nichtflüchtiger Speicherregister

Temperatursensoren: Bild 3: Temperaturmessungen im Überblick, einschließlich Temperaturwerten außerhalb der TLOW- und THIGH-Grenzwerte.

Bild 3: Temperaturmessungen im Überblick, einschließlich Temperaturwerten außerhalb der TLOW- und THIGH-Grenzwerte. Microchip

Beim Einstellen dieser Register ist zu beachten, dass diese benutzerprogrammierbaren Register flüchtige Speicherregister sind. Die im Register gespeicherten Datenwerte gehen somit verloren, sobald die Stromversorgung abgeschaltet wird. Da bei jedem Einschalt-/Initialisierungsvorgang des Systems eine Aktualisierung dieser flüchtigen Speicherregister erforderlich ist, kann ein risikoreiches, unzuverlässiges Timing-Event dazu führen, dass diese Register versehentlich falsch konfiguriert und auf falsche Einstellungen gesetzt werden, die im Gerät eine übermäßige Wärmeentwicklung (Thermal Runaway) verursachen. Je nachdem wie oft das Gerät eingeschaltet wird, kann dies hunderte, bei anderen tausende Male sein, was die Wahrscheinlichkeit von Fehlern während des Einschaltvorgangs erhöht. Dies ist ein bedeutender Aspekt, der zu beachten ist.

Im erwähnten Beispiel mit den TLOW- und THIGH-Grenzwertregistern, die auf 50 beziehungsweise 85 °C eingestellt sind, muss man sich fragen, was passiert, wenn das THIGH-Register versehentlich auf 185 °C eingestellt wird, zum Beispiel aufgrund von (elektromagnetischen) Störungen während des Einschaltvorgangs? Dabei muss nur ein digitales Bit den Logikzustand „1“ bekommen. Dieses unerwünschte Ereignis führt vielleicht nicht gerade dazu, dass sich das System derart überhitzt, dass es in Brand gerät. Sicher ist aber, dass sich die Systemleistung verschlechtert und das System eventuell ausfällt. In vielen Geräten finden heute beim Einschalten zahlreiche Vorgänge statt, unter anderem das Timing großer Funktionsblöcke und Baugruppen innerhalb des Gerätes. Die Ablaufsteuerung dieser Ereignisse ist besonders wichtig, um den richtigen Betrieb zu gewährleisten.

Dies führt zur nächsten Frage: Wie oft haben Kunden Produkte zur Fehleranalyse zurückgegeben, ohne dass sich der Fehlermodus reproduzieren lässt? Das Produkt ist laut Werkstest voll funktionsfähig und geht zurück an den Kunden mit dem Vermerk „Kein Problem gefunden“. Bei einem sorgfältigen Produktdesign sollte deshalb auch die Frage auftauchen, welche möglichen Ausfallmodi beim Endkunden auftreten können. Das Design oder bestimmte Funktionen bei der Produktvalidierung sollten diese potenziellen Ausfallursagen beseitigen, bevor das Gerät auf den Markt kommt. Beim Einsatz diskreter Temperatursensoren – unabhängig vom Protokolltyp oder der Technologie – ist dies zu berücksichtigen.

 

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