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SHT20 中文技术手册

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SHT20

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SHT20  中文技术手册

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SHT20 技术手册 温湿度传感器 完全标定 数字输出,I2C 接口 低功耗 优异的长期稳定性 采用 DFN 封装适于回流焊 产品综述 SHT20, 新一代 Sensirion 湿度和温度传感器在尺 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, 底面 3 x 3mm ,高度 11mm传感器输出经过标定的数字 信号,标准 I2C 格式 SHT20 配有一个全新设计的 CMOSens芯片一 个经过改进的电容式湿度传感元件和一个标准的能 隙温度传感元件,其性能已经大大提升甚至超出了 前一代传感器SHT1x 和 SHT7x的可靠性水 平例如,新一代湿度传感器,已经经过改进使其 在高湿环境下的性能更稳定 尺寸 30 03 typ 4 C A 0 D 0 2 T H S 08 typ 22 04 03 3 0 0 2 0 4 11 Bottom View NC VDD SCL p y ......

SHT20 技术手册 温湿度传感器  完全标定  数字输出,I2C 接口  低功耗  优异的长期稳定性  采用 DFN 封装-适于回流焊  产品综述 SHT20, 新一代 Sensirion 湿度和温度传感器在尺 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, 底面 3 x 3mm ,高度 1.1mm。传感器输出经过标定的数字 信号,标准 I2C 格式。 SHT20 配有一个全新设计的 CMOSens®芯片、一 个经过改进的电容式湿度传感元件和一个标准的能 隙温度传感元件,其性能已经大大提升甚至超出了 前一代传感器(SHT1x 和 SHT7x)的可靠性水 平。例如,新一代湿度传感器,已经经过改进使其 在高湿环境下的性能更稳定。 尺寸 3.0 0.3 typ 4 C A 0 D 0 2 T H S 0.8 typ 2.2 0.4 0.3 3 . 0 0 . 2 0 . 4 1.1 Bottom View NC VDD SCL p y t 0 . 2 p y t 4 1 . 5 7 . 0 5 . 1 2.4 1.0 1.0 NC VSS SDA 图 1:SHT20 传感器封装的图纸,所给出的尺寸单位为毫米 (1 毫米=0.039 英寸)。NC 与 VSS 内部已连接,可保持悬浮 状态。VSS=GND,SDA=DATA。传感器焊盘的编号从右下角 开始(参照表 2) 每一个传感器都经过校准和测试。在产品表面印有 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,SHT20 的分 辨率可以通过输入命令进行改变(8/12bit 乃至 12/14bit 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,有助于提高通信的可靠 性。 由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。可以使用一个新的测试包 EK-H4 对 SHT20 进行测试。 传感器芯片 SHT20 配有 4C 代 CMOSens®芯片。除了配有电 容式相对湿度传感器和能隙温度传感器外,该芯片 还包含一个放大器、A/D 转换器、OTP 内存和数字 处理单元。 材料构成 传感器本身由硅制成,传感器的外壳由镀金铜引线 框架和绿色环氧树脂基模塑料制成。该装置不含 铅、镉和汞-因此,完全符合 ROHS 和 WEEE 标 准。 其他信息和传感器实验包 其他信息如使用手册可在网站下载,如需更多信 息,可通过 info@sensirion.com 与 Sensirion 联系。 SHT20 有两种配套的测试包。其中一个型号是 EK- H4,可同时测量 4 个通道的温湿度,并有记录功 能;另外一种为 EK-H5,可简单测量一路温湿度, 通 过 USB 接 口 与 电 脑 连 接 。 www.sensirion.com Version 2.0 – May 2010 1/12 Datasheet SHT20 传感器性能 相对湿度1234 参数 分辨率 1 精度误差 2 重复性 迟滞 非线性 响应时间 3 工作范围 长时间漂移 5 RH (%RH) ± 10 条件 12 bit 8 bit 典型 最大  63% extended 4 正常 ± 8 ± 6 ± 4 ± 2 ± 0 最小 典型 最大 单位 %RH %RH %RH %RH %RH %RH %RH 0.04 0.7 3.0 见图 2 0.1 1 <0.1 8 100 %RH %RH/yr 0 < 0.5 s maximal tolerance typical tolerance 0 10 20 30 40 50 70 60 100 Relative Humidity (%RH) 90 80 图 2 25°C 时相对湿度的最大误差,更多信息请参考用户指南 1.2. 电气特性 参数 供电电压, VDD 供电电流, IDD 6 Power Dissipation 6 条件 最小 典型 最大 单位 2.1 - 200 - 0.8 - 3.0 0.15 300 0.5 0.9 3.2 休眠模式 测量状态 休眠模式 测量状态 平均 8bit VDD = 3.0 V 5.5mW, T = + 0.5-1.5°C 两线数字接口, 标准 I2C 协议 3.6 0.4 330 1.2 1.0 - V µA µA µW mW µW Heater Communication 表 1 电气特性. 关于最大绝对值参看 4.1 用户指南 1 默认测量分辨率 14bit (温度) / 12bit (湿度). 可通过向寄存器发送命令将其 减少到 12/8bit, 11/11bit 或 13/10bit.。 2 此精度为出厂检验时,传感器在 25°C (77°F)供电电压为 3.0V. 条件下的 测试精度。此数值不包括迟滞和非线性,并只适用于非冷凝条件。 3 25°C 和 1m/s 气流条件下,达到一阶响应 63%所需时间。 4 正常工作范围: 0-80%RH, 超出此范围,传感器读数会有偏差(在 90%RH 湿度下 200 小时后,漂移<3%RH)工作范围进一步限定在-40- 80°C。更多信息请参考用户指南 1.1。. www.sensirion.com 0.01 0.04 0.3 见图 3 0.1 最小 典型 最大 单位 °C °C °C °C °C °C s 125 30 < 0.04 °C/yr -40 5 maximal tolerance typical tolerance 条件 14 bit 12 bit 典型 最大 extended 4  63% 温度567 参数 分辨率 1 精度误差 2 重复性 迟滞 响应时间 7 长时间漂移 T (°C) ± 2.0 ± 1.5 ± 1.0 ± 0.5 ± 0.0 -40 -20 0 20 40 60 100 80 120 Temperature (°C) 图 3 温度最大误差 包装 卷袋式包装 卷袋式包装 数量 1500 5000 订货号 1-100706-01 1-100704-01 包装信息 传感器型号 SHT20 本手册可能随时更改,恕不另行通知。 5 如果传感器周围有挥发性溶剂,带刺激性气味的胶带,粘合剂以及包装材 料,读数可能会偏高。详细说明请参阅相关文件。 6供电电路和功耗的最小值和最大值都是基于 VDD = 3.0V 和 T<60°C 的条件.平均值为 每秒中进行一次 8bit 测量的数值。. 7 响应时间取决于传感器基偏的导热率。 Version 2.0 – May 2011 2/12 SHT2x 用户指南 1 扩充性能 关于 Sensirion 如何指定和测试传感器的精度 性能,请查阅 Sensirion 应用手册”statement on sensor specification” 1.1 工作条件 传感器在所建议工作范围内,性能稳定,见图 4。长期暴露在正常范围以外的条件下,尤其是 在湿度>80%时,可能导致信号暂时性漂移(60 小时后漂移+3%RH)。当恢复到正常工作条件 后,传感器会缓慢自恢复到校正状态。可参阅 2.3 小节的“恢复处理”以加速恢复进程。在非 正常条件下的长时间使用,会加速产品的老化。 ) % ( i y t i d m u H e v i t a l e R 100 80 60 40 20 0 正常 范围 最大 范围 -40 -20 0 20 40 60 图 4 工作条件 80 100 120 Temperature (癈) ) ±7 H R % 1.2 不同温度下的 RH 精度 图 2 中定义了 25°C 时的 RH 精度, 图 5 中显示了其他温度段的湿度最大误差。 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ( y t i d m u H e v i t a e R ±5 ±7 ±7 ±5 ±4.5 ±7 ±7 ±7 ±8 ±6 ±6 l 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Temperature (°C) i 图 5 0 – 80°C 范围内对应的湿度最大误差,单位%RH。 请注意:以上误差为以高精度露点仪做参考仪器测 试 的 最 大 误 差 ( 不 包 括 迟 滞) 。 在 最 大 误 差 为 ±4.5%RH 的范围其典型误差为±3%RH,在其他范 围,典型值为最大误差值的 1/2。 1.3 电气特性 表 1 中给出的功耗与温度和供电电压 VDD 有 关。关于功耗的估测参见图 6 和 7。请注意 图 6 和 7 中的曲线为典型自然特性,有可能 存在偏差。 ) A μ ( D D I t n e r r u C y p p u S l 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 80 60 40 20 120 Temperature (°C) 图 6 VDD = 3.0V 时,典型的供电电流与温度的关系曲线(休 眠模式)。请注意,这些数据与显示值存在大约 ±25% 偏 差。 100 ) A n ( D D I t n e r r u C l y p p u S 20 18 16 14 12 10 8 6 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 3.3 3.1 3.5 Supply Voltage (VDD) 图 7 在温度为 25°C 时,典型的供电电流与供电电压的关系 曲线(休眠模式)。请注意,这些数据与显示值偏差可能会 达到显示值的±50%。在 60°C 时,系数大约为 15(与表 1 相 比)。 www.sensirion.com Version 2.0 – May 2010 3/12 Datasheet SHT20 2 应用信息 2.1 焊接说明 DFN的裸焊盘(中间焊盘)和周围的I/O焊盘 由铜引线框架平面基板制成,除这些焊盘暴 露于外面,用于机械和电路连接之外,其余 部分全部包膜成型。使用时,I/O焊盘与裸焊 盘都需要焊接在PCB上。为防止氧化和优化 焊接,传感器底部的焊点镀有Ni/Pd/Au。 在 PCB上, I/O接触面8 长度应比SHT21的I/O 封装焊盘大0.2mm,靠内侧的部分要与I/O焊盘 的形状匹配,引脚宽度与DFN封装焊盘宽度 比为1:1,裸露焊盘尺寸与DFN封装比例为 1:1,见图8。 对于网板和阻焊层设计9,建议采用阻焊层开 口大于金属焊盘的铜箔定义焊盘(NSMD)。 对于NSMD焊盘,如果铜箔焊盘和阻焊层之间 的空隙为60µm-75µm,阻焊层开口尺寸应该大于 焊盘尺寸120µm-150µm。封装焊盘的圆形部分要 匹配相应的圆形的阻焊层开口,以保证有足够的 阻焊层区域(尤其在拐角处)防止焊锡交汇。每 一个焊盘都要有自己的阻焊层开口,在相邻的焊 盘周围形成阻焊层网络。 0.4 0.3 7 . 0 5 . 1 2.4 1.0 1.0 2 . 0 4 . 0 2 . 0 图 8 推荐 sht2x 的 PCB 设计尺寸。单位为 mm.裸焊盘(中间 焊盘)与 NC 可保持悬浮或接地。外围虚线部分为 DFN 封装 外部尺寸。 关于焊锡印刷,推荐使用带有电子抛光梯形墙的 激光切割的不锈钢网,建议钢网厚度0.125mm。 对于焊盘部分的钢网尺寸须比PCB焊盘长0.1mm, 且放置于离封装中心区0.1mm位置。裸焊盘的钢 网要覆盖70%-90%的焊盘区域—也就是在散热区 域的中心位置达到1.4mmx2.3mm。 由于DFN的贴装高度较低,建议使用免清洗 type 3焊锡10,且在回流时用氮净化。 8 接触面是指 PCB 上的金属层,焊接 DFN 焊盘的地方。 9 阻焊层是指 PCB 顶层覆盖在连接线上绝缘层。 www.sensirion.com tP tL e r u t a r e p m e T TP TL TS (max) preheating critical zone Time 图 9 JEDEC 标准的焊接过程图,Tp<=260℃,tp<40sec,无铅 焊接。TL<220℃,tl<150sec,焊接时温度上升和下降的速度应 <5℃/sec 注意:I/O焊盘的切面或侧面由于超长时间的氧化, 可能会形成或不能形成焊锡带,因此对焊点高度没 有保证。 可以使用标准的回流焊炉对SHT2x 进行焊 接。传感器完全符合IPC/JEDEC J-STD-020D 焊 接标准,在最高260℃温度下,接触时间应小 于40 秒(见图9)。 对于手动焊接,在最高 350°C11的温度条件下 接触时间须少于 5 秒。 注意: 回流焊焊接后,需将传感器在>75%RH 的环境下存放至少12小时,以保证聚合物的 重新水合。否则将导致传感器读数的漂移。 也可以将传感器放置在自然环境(>40%RH) 下5天以上,使其重新水合。 不论在哪种情况下,无论是手动焊接还是回 流焊接,在焊接后都不允许冲洗电路板。所 以建议客户使用“免洗”型焊锡膏。如果将 传感器应用于腐蚀性气体中或有冷凝水产生 (如:高湿环境),引脚焊盘与 PCB 都需要 密封(如:使用敷形涂料)以避免接触不良 或短路。 2.2 存储条件和操作说明 湿度灵敏度等级(MSL)为 1,依据 IPC/JEDEC J-STD-020 标准。因此,贮存期限 为发货后一年。 湿度传感器不是普通的电子元器件,需要仔 细防护,这一点用户必须重视。长期暴露在 高浓度的化学蒸汽中将会致使传感器的读数 产生漂移。 焊接的类型与韩系内部粒子的尺寸有关。Type3 尺寸范围为 2 25 – 45 µm (粉末 10 type 42). 11233°C = 451°F, 260°C = 500°F, 350°C = 662°F Version 2.0 – May 2011 4/12 Datasheet SHT20 因此建议将传感器存放于原包装包括密封的 的 ESD 口袋,并且符合以下条件:温度范围 10℃-50℃(在有限时间内 0-125℃);湿度为 20-60%RH(没有 ESD 封装的传感器)。对于 那些已经被从原包装中移出的传感器,我们 建议将它们储存在内含金属 PE-HD12制成的防 静电袋中。 在生产和运输过程中,传感器应当避免接触 高浓度的化学溶剂和长时间的曝露在外。应 当避免接触挥发性的胶水、胶带、贴纸或挥 发性的包装材料, 如泡箔、泡沫材料等。生 产区域应通风良好。 要获取更详细的信息,请查阅“Handling Instructions”或联系 Sensirion 公司。 2.3 恢复处理 如上所述,如果传感器暴露在极端工作条件或化 学蒸汽中,读数会产生漂移。可通过如下处理, 使其恢复到校准状态。 烘干:在100-105 持10小时; 重新水合:在20-30℃ 和>75%RH 的湿度条件 下保持12 小时13. ℃ 和< 5%RH 的湿度条件下保 2.4 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器在同一温度下工作。 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。 如果传感器与易发热的电子元件在同一个印 刷线路板上,在设计电路时应采取措施尽可 能将热传递的影响减小到最小。如:保持外 壳的良好通风,SHT2x 与印刷电路板其它部 分的铜镀层应尽可能最小,或在两者之间留 出一道缝隙。(参阅图 10)。 此外, 当测量频率过高时,传感器的自身温 度会升高而影响测量精度。如果要保证它的 自身温升低于 0.1℃, SHT2x 的激活时间不应 超过测量时间的 10%——例如在 12 位测量 时,每秒钟测量次数最多不超过 2 次。 图 10 SHT2x 印刷电路板俯视图,图中加入铣削狭缝的设 计,可以将热传递降到最小 2.5 光线 .SHT2x 不受光线影响。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。 2.6 用于密封和封装的材料 许多材质吸收湿气并将充当缓冲器的角色, 这会加大响应时间和迟滞。因此传感器周边 的材质应谨慎选用。推荐使用的材料有:金 属材料, LCP, POM (Delrin),PTFE (Teflon), PE, PEEK, PP, PB, PPS, PSU, PVDF,PVF。 用于密封和粘合的材质(保守推荐):推荐 使用充满环氧树脂的方法进行电子元件的封 装,或是硅树脂。这些材料释放的气体也有 可能污染SHT2x(见2.2)。因此,应最后进行传 感器的组装,并将其置于通风良好处,或 在>50℃的环境中干燥24小时,以使其在封装 前将污染气体释放。 2.7 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置 VDD 和/或 GND,将信号线隔开,和使用屏蔽电缆。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。见下一章。 12 例如, 3M 公司防静电袋,产品型号 “1910” 带 拉链。 1375%RH 可以很简便地由饱和 NaCl 生成。 www.sensirion.com Version 2.0 – May 2011 5/12
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评论

hebin939
对比了下英文的手册,部分数据有出入 。
2020-02-12 13:20:35回复
半月琴
资料不错,有些地方看起来像是机翻?
2019-10-23 17:52:37回复
tsj33229779
手册介绍的很详细,对我的工作很有帮助,Thanks♪(・ω・)ノ
2019-07-17 11:06:07回复
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