SHT10,SHT11,SHT20,SHT21替代品温湿度传感器HTU21D

1、HTU21 D微型温度和相对湿度传感器采用DFN封装温度和湿度值数字输出，I2C接口全量程标定无铅材料，适合回流焊低功耗产品快的响应时间和非常低的温度系数1. 传感器简述法国Humirel公司新一代HTU21D温度和湿度传感器在尺寸与智能方面建立了新的标准：它嵌 入了适于回流焊的双列扁平无引脚DFN封装，底Ifii3x3mm , 0/41.1mm.传憊器输出经过标定 的数字信号，标准I2C格式。HTU21D温度和湿度传感器为OEM应用提供一个准确可靠的温湿度测童数据。通过一个微控 制器的接口和模块连接达到温度和湿度数字输出。HTU21D小体积低功耗的特点F为应对设备空间 狭小和成品敏感的应用设

2、计。每一个传感器都经过校准和测试。在产品表而印有产品批号，同时在芯片内存储了电子识别 码-可以通过输入命令读出这些识别码。此外，HTU21D的分辨率可以通过输入命令进行改变 （8/12bit乃S12/14bit的RH/T）,传感器可以检测到电池低电量状态，并且输出校验和，有助于 提离通信的可靠性。山于对传感器做了改良和微型化改进，因此它的性价比更高并且最终所有设 备都将得益于尖端的节能运行模式。2. 传感器的特点应用举例每个传感器具有单独标记，可追溯生产源头加湿器完整的互换性，在标准环境下无需校准家庭应用长期处于湿度饱和状态，可以迅速恢复医疗领域自动组装工艺生产，无铅材料制成，适介回流焊打卬机

3、Apollo3.性能规格参数符号参数值单位储藏温度Tstg-40 to+125C供电电压(峰值)Vcc3.8Vdc湿度测量范围RHOto 100%RH温度测量范围Ta-40 to +105°CVDD to GND0.3 to 3.6VVdc数字 I/O n 引脚(DATA/SCK) to VDD0.3 to VDD+0.3Vdc每个引脚输入电流10 to +10mA4.电气特性和基本性能(在 T=25eC,Vdd=3.3V 下)特性符号最小值典型值最大值单位供电电压VDD1.833£V电流消耗休眠模式idd0.080.3uA测量中300450500uA功耗休眠模式0.251

4、.1uW8位模式2.7uW通讯数字(两线制接口)储藏环境-40125r5.湿度性能(在 T=25-C,Vdd=3.3V 下)特性符号最小值典型值最大值单位分辨率12位0.04%RH8位0.7%RH湿度测量范围RH0100%RH湿度测蜃精度(10%-95%RH)典型值±2%RH最大值±3±5%RH湿度磁滞±1%RH测量时间12位1418ms11位79ms10位45ms8位23ms结需150小时后的恢复时间t10s长期漂移0.5%RH/yr响应时间TRH510s206在259时相对湿度误差估算Maxinial Tolera meTypicialToleran

5、ee、/-x. 3040 bU SU /U SO VU 100Relative Humidity (%RH)5 4 3 20 9 8 7 61 HTU21D传感器模块指定的战优测量范国在5%RH-95%RH在梵它的湿度范围（5%RH或者95%RH,或者结露状态），不会彫响HTU21D的稳定性和可 靠性。7.不同温度下的湿度精度图中定义f 25*C时的RH梢度，并報示其他温度段的湿度呆大误差：0090807060504030201000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80ApolloApolloTemperature (°C)A

6、pollo8温度性能（在 Vdd=3.3V 下）特性符号最小值典型值最大值单位分辨率14位0.01*C12位0.04c温度测量范围T-40+125C温度测量荊典型值±0.3c度（25*0呆大值±0.4C工作温度范围-40125C-40221。F14位4458ms测量时间（1413位2229ms位）12位1115ms11位68ms响应时间（15°C45C）Tt10s9.温度误差估算-VJ -nleHduJal2_eaApollo10.焊接说明可以使用标准的凹流焊炉对HTU21进行焊接。传感器完全符合IPC/JEDEC J-STD-020D焊 接标准，在最高260&#

7、176;C温度下，接触时间应小于40秒。在蒸气回流焊炉中条件为TP<233eC,tp<60秒，焊接时温度上升和下降的速度应小于10°C/ 秒。手动焊接，在最髙370°C的温度条件下接触时间须少于5秒.标准回流焊图形：Lead Free Suggested Reflow Profilen.传感器电极后面和尺寸图推荐的HTU21的footprint,单位：mm12.温度影响气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿度时应尽可能保证所有测量同 一湿度的传感辭在同一温度下工作。在做测试时.应保证被测试的传感器和参考传感器在同样的 温度下，然后比较湿度的读数。如

8、果HTU21与易发热的电子元件在同一个卬刷线路板上，在设计 电路时应采取措施尽可績将热传递的影响减小到最小.如：保持外洸的良好通风，HTU21 卬剧 电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小，或在两者之间留出一道缝隙.如图：L 1n rIJ13 布线规则和信号完整性如果SCL和SDA信号线相互平行并且非常接近，有可能导致信号串扰和通讯失败。解决方 法是在两个信号线之间放SVDD或GND,将信号线隔开，或使用屏蔽电缆。此外，降低SCL频 率也可能提高信号传输的完整性.须在电源引脚（VDD, GND）之间加一个100nF的去藕电容, 用于滤波。此电容应尽量靠近传感器。14. 光线HTU21不受光线影响。

9、但长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使外壳老化。15. 传感器典型应用电路和引脚规格典型电路：VDDSCKDATAApolloApollo典型应用电路，包括上拉电阻RP和VDD与GND之间的去藕电容。Apollo引脚定义:序号功能描述1DATA串行数据端I I (双向)2GND电源地3NC不连接4NC不连接5VDD电源输入6SCK串行时钟(双向)ApolloApollo电源引脚(VDD, GND)HTU21的供电范fl为1.8VDC-3.6VDC,推荐电压为3.0V。电源(VDD)和接地(VSS)之 间须连接一个100nF的去耦电容，且电容的位昼应尽可能靠近传感器。串行时钟输入(SC

10、K)SCK用于微处理器与HTU21之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在 垠小SCK频率。串行数据(DATA)DATA引脚为三态结构，用于读取传感器数据。当向传感器发送命令时.DATA在SCK上升 沿有效且在SCK髙电平时必须保持稳泄。DATA在SCK下降沿之后改变。当从传悠器读取数据 时，DATA在SCK变低以后有效，且维持到下一个SCK的下降沿。为避免信号冲突，微处理器 应驱动DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻(例如：10kQ)将信号提拉至高电平。上拉 电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中。16.电气特性CharacteristicsSymbolMinTypMaxU

11、nitLow level output voltageVDD二 3V -4mA<lOL<OmAVOL00.4VHiqh level output voltaqeVOH70%VDDVLow level input voltageVIL0%30%VDDVHiqh level input voltageVIH70%VDDVDDVLeakage currentVDD 二 3.6V VIN=0Vto3.6VILTBDPADC特性CharacteristicsSymbolMinTypMaxUnHSCK frequencyfscx00.4MHzSCKhiqh timetSGKLH0.6USSCK

12、 low timetsCL1.3psDATA set-uo timetsu100nsDATA hold-time(HD0900nsDATA valid-tiletvD0400nsSCK'DATA fall timetF0100nsSCKDATA rise timetR0300nsCapacitive load on bus lineCB0500pF17.与传感器的通讯协议启动传感器将传感器上电，电压为所选择的VDD电源电压（范闱介于1.8V与3.6V之间）。上电 后，传感器最多需要15亳秒时间（此时SCL为高电平）以达到空闲状态，即做好准备接收 由主机（MCU）发送的命令。Apollo

13、Apollo启动信号心动传输.发送一位数据时，包括DATA线在SCK线高电平期间一个向低电平的跳变。ApolloData停止信号终止传输，停1上发送数据时，包IS DATA线在SCK线高电平期间一个向高电平的跳变。Data18. HTU21传感器命令列表命令释义|代码触发T测量保持主机1110W11触发RH测量保持主机1110*0101触发T测量非保持主机1111*0011触发RH测量菲保持主机1111*0101写用户寄存器1110*0110读用户寄存器1110*0111软复位11111110表6基本命令集、RH代表丿'H对湿度、T代表温度主机/非主机模式MCU与传感器Z间的通讯右两种

14、不同的工作方式：主机模式或非主机模式。在第一种情 况下，在测量的过程中，SCL线被封锁（由传感器进行控制），在笫二种情况下，当传感器 在执行测量任务时，SCL线仍然保持开放状态，可进行其他通讯。年主机模式允许传感器进 行测最时在总线上处理其他I2C总线通讯任务。两种方式的通信时序分别如图所示。在主机模式卜测呈时，HTU21将SCL拉低强制主机进入等待状态。通过释放SCL线， 表示传感器内部处理工作结束，进而可以继续数据传送。S10000000ACK11100101ACK |IP address writeComma nd (see table p.9)192021222324252627S10

15、000001ACKMeasuremontIC address + readHold during measurement28293031323334353637383940414243444501100o11ACK01010010ACK |Data (MSB)Data (LSB)Status46474849505152535401100100NACKPChock sum123456781011121314151617189如图，主机通信模式时序灰色部分由HTU21控制。如果要省略校验和（CRC）传输，可将 第45位改为NACK,后接一个传输停止时序（P）。在非主机模式下，MCU需要对传感器状态

16、进行查询。此过程通过发送一个心动传输时序, 之后紧接着是如图16所示的I2C首字节（10009001）來完成。如果内部处理工作完成，单 片机資询到传感器发出的确认信号后.相关数据就可以通过MCU进行读取。如果测最处理工 作没有完成，传感器无确认位（ACK）输出，此时必须重新发送启动传输时序。无论哪种传输模式，由于测量的最大分辨率为14位，第二个字节SDA上的后两位LSBs （bit43和44）用来传输相关的状态信息。两个LSBs中的bitl表明测量的类型（O温度;'仁 湿度）。bitO位当前没有赋值。123456789101112131415161718S10000000ACK1111

17、0101ACKPC address 十 writeCommand (see table p.9)19 2021222324252627tuteasurementS10000001NACKmeasuringFC address 十 read19 2021222324252627MeasurementS10000001ACKcontinue measuring36FC address * read28293031323334353738394041424344450 1 1 0 0 0 1 1ACK01010010ACKData (MSB)Data (LSB)Status4647484950515

18、2535401100100NACKPChecksum19. 软复位这个命令（见表6）用于在无需关闭和再次打开电源的情况下，重新心动传感器系统。在 接收到这个命令之后，传感器系统开始重新初始化，并恢复默认设亘状态，用户寄存器的加 热器位除外。软复位所需时间不超过15亳秒。123456789101112131415161718s10000000ACK11111110ACKPK address 十 writeSoft Reset Command20、用户寄存器用户奇存器的内容如下表描述。请注意，不得变更预留位且相关的预留位的默认值以后 可能会改变，我们不另行通知。因此，在进行任何写寄存器的操作之前，

19、必须先读预留位的 默认值。之后，用户寄存器字节由对应的预留位的默认值和其他剩余位的默认值或者写入值 组成。:进制位#位描述/代码默认7,02测量分辨率RHT*00*12 bit14 bitor8 bit12 bit*10'10 bit13 bit*ir11 bit11 bit61电池状态 End of battery15 'O': VDD> 2 25Vr： VDD< 2.15 VO3,4,53预留21启动片上加热器o*11不能启动OTP加载r电池电量不足警报在电源电压下降到2.25V以卜时激活。内部加热器用传感器功能性诊断 -温度升高时相对湿度降低。加热器功

20、耗大约为5.5mW ,可使温度升高0.5-1.5°CoOTP重 加载为一个安全功能，可以在每次测量前将整个OTP设員加载到寄存器，加热器位除外。HTU21中此功能默认为禁止状态，且不推荐用户使用。请采用软复位代替-它包含OTP朿加 我。读和写用户寄存器的I2C通讯如图所示：s10000000o111001111PC address + wnteRead Register12345678910 11 12 13 14 15 16 17 181920212223242526272930313233343536s10000001乂 O00000010ywNPC address斗readRe

21、gstercontent373940414243444546474«495051525354s10000000y o11100110X Ol2C address wnteWrite Register55 56 57 53 59 60 61 62 6300000011y opRegister content to be written图中读和写寄存器时序-灰色部分由HTU21控制。在此示例中.分辨率设置为8bit/21. CRC-8校验和计算当HTU21传感器通过I2C协议通讯时，8位的CRC校验可被用于检测传输错i吴，CRC校验 覆盖所有由传感器传送的读取数据。I2C协议的CRC校验

22、属性见下表：CRC with l2C protocolGenerator polynomialXb+ Xb + X4 + 1Initialization0x00Protected dataRead dataFinal Operationnone22 信号转换传感器内部设置的默认分辨率为相对湿度12位和温度14位。SDA的输出数据被转换成 两个字节的数据包，高字节MSB在前（左对齐）。每个字节后面都跟随一个应答位。两个状 态位，即LSB的后两位在进行物理计算前须置在示例中，所传输的16位相对湿度数据 为 <oiio,ooiroioroooo,二 25424。相对湿度转换不论基于哪种分辨率，

23、相对湿度RH都可以根据SDA输岀的相对湿度信号Srh通过如下 公式计算获得（结果以%RH表示）：s册=一6 + 125晋例如16位的湿度数据为0x6350:25424,相对湿度的计算结果为42.5%RH。温度转换不论基于哪种分辨率，温度T都可以通过将温度输出信号St代入到卜面的公式计算得到 （结果以沿度。C表示）：T = -46.85+ 175.72 洼2笛23.HTU21传感器尺寸和封装信息封装信息HTU21D提供DFN封装（与QFN相似），DFN表示双侧无引脚扁平封装。传感器芯片 由镀Ni/Pd/Au的铜引线框架制成，芯片和引线框由绿色环氧材料包覆。请注意，由于传感器侧 面被切成方形，因此侧面的引线框部分没有相应的保护镀层。传感器总朿最为25mg.Apollo传感器尺寸1647SCK VDD NC128Open areaROH厂-1pL-E£ZIL