1、 1/13 SHT21技术手册 温湿度传感器 完全标定 数字输出，I 2 C接口 优异的长期稳定性采用 DFN封装 适于回流焊尺寸 图 1:SHT21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)。 传感器芯片 SHT21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
2、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 与 Sensirion 联系。SHT21 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。 1.0 1.0 2.4 0.3 0.4 1.5 0.4 0.75 1.1 0.2 SCL SDA NC NC VSS VDD 底视图 SHT21 D0AC4 3.0 2.2 0.8 typ 1.4 typ 3.0 0.3 ty
3、p 2.0 typ 产品综述 SHT21， 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 I 2 C 格式。 SHT21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。 每一个传感器都经过校准和测试。在产品表 面印有产品批
4、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，SHT21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 SHT21进行测试。 2/13 传感器性能 相对湿度 1234参数 条件 最小 典型 最大 单位 分辨率 112 bit 0.04 %RH 8 bit 0.7 %RH 精度误差 2典型 2 %RH 最大
5、见图 2 %RH 重复性 0.1 %RH 迟滞 1 %RH 非线性 0.1 %RH 响应时间 3 63% 8 s 工作范围 extended 40 100 %RH 长时间漂移 5正常 0.5 %RH/yr 0 2 4 6 8 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 Relative Humidity (%RH) RH (%RH)maximal tolerancety pical tolerance 图 2 25C 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 条件 最小 典型 最大 单位 供电电压, VDD 2.1 3.0 3.6 V
6、 供电电流, IDD 6 休眠模式 - 0.15 0.4 A 测量状态 200 300 330 A 功耗 6休眠模式 - 0.5 1.2 W 测量状态 0.6 0.9 1.0 mW 平均 8bit - 3.2 - W 加热器 VDD = 3.0 V 5.5 mW, T = + 0.5-1.5 C 通讯 两线数字接口, 标准 I 2 C 协议 表 1 电气特性。关于最大绝对值参看段落 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
7、 25C （77F）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。 325C 和 1 m/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 80C.。更多信息请参考用户指南 1.1. 温度 567 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 Temperature (C) T (C)maximal tolerancetypical toler
8、ance 图 3 温度典型误差和最大误差。 包装信息 传感器型号 包装 数量 订货号 SHT21 卷带式包装 400 1-100711-01 卷带式包装 1500 1-100700-01 卷带式包装 5000 1-100699-01 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供电电流和功耗的最小值和最大值都是基于 VDD = 3.0V 和 T60C. 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片的导热率。 参数 条件 最小 典型 最大 单位 分辨率
9、 114 bit 0.01 C 12 bit 0.04 C 精度误差 2典型 0.3 C 最大 见图 3 C 重复性 0.1 C 工作范围 extended 4-40 125 C 响应时间 7 63% 5 30 s 长时间漂移 0.04 C/yr 3/13 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
10、（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1.4 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。 图 4 工作条件 1.2 不同温度下的 RH 精度 图 2 中定义了 25C 时的 RH 精度， 图 5中 显示了其他温度段的湿度最大误差。 Relative Humidity (%RH) 100 6 5 5 5 7 8 90 4 80 4 3 3 3 4 6 70 60 50 40 30 20 6 5 5 7 10 4 0 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
11、 70 75 80 Temperature (C) 图 5 0 80C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 3%RH 的范围其典型误差为2%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。 0 2 4 6 8 02 04 06 08 01 0 01 2 0 Temperature (C) Supply Current IDD ( A) 图
12、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。 6 8 10 12 14 16 18 20 2 . 12 . 32 . 52 . 72 . 93 . 13 . 33 . 5 Supply Voltage (VDD) Supply Current IDD (nA) 图 7 在温度为 25C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 60C 时，系数大约为 15（与表 1 相 比）。 0 20 40 60 80 100 - 4 0- 2 002 04
13、06 08 01 0 01 2 0 Temperature ( 癈) Relative Humidity (%) 最大 范围 正常 范围 Datasheet SHT21 4/132 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
14、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60m-75m，阻焊层开口尺寸应该大于 焊盘尺寸120m-150m。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。 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
15、。 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的绝缘层。 图 9 JEDEC 标准的焊接过程图，Tp75%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
16、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，建议在出 货后一年内使用。 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
17、使传感器的读数 产生漂移。 10焊锡的类型与焊锡内部粒子的尺寸有关。 Type 3 尺寸范围为 25 45 m (粉末 type 42). 11233C = 451F, 260C = 500F, 350C = 662F 1.0 1.0 0.3 0.4 1.6 0.4 0.7 0.2 0.2 2.4 Temperature Time t P TP TL TS (max) t Lpreheating critical zone Datasheet SHT21 5/13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 ）；
18、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-HD 12 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-
19、105 和75%RH 的湿度条件 下保持12 小时 13 . 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）。 12例如, 3M 公司防静电袋，产品型号 “1910” 带 拉链。 1375%R
20、H 可以很简便地由饱和 NaCl 生成。 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。 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, PE
21、EK ， 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
22、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。 3 接口定义 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。 Datasheet SHT21 6/13引脚 名称 释义 1 SDA 串行数据,双向 2 VSS 地 5 VDD 供电电压 6 SCL 串行时钟, 双向 3,4 NC 不连接 表 2 SHT2x 引脚分布， NC 保持悬浮（俯视图）。 3.1 电源引脚 (VDD, VSS) SHT2x的供电范围为 2.1-3.6V，推荐电压为 3.0V。电源（VDD）和接地（VSS）之间须连 接一个 10
23、0nF的去耦电容，且电容的位置应 尽可能靠近传感器-参考图 11。 3.2 串行时钟 (SCL) SCK 用于微处理器与SHT1x 之间的通讯同 步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不 存在最小SCK 频率。 3.3 串行 SDA (SDA) SDA引脚用于传感器的数据输入和输出。当 向传感器发送命令时，SDA在串行时钟 （SCL）的上升沿有效， 且当 SCL为高电平 时，SDA必须保持稳定。在 SCL下降沿之 后，SDA值可被改变。为确保通讯安全，SDA 的有效时间在 SCL上升沿之前和下降沿之后应该 分别延长至 T SUand T HO-参考图 9。当从传感器 读取数据时, SDA 在 S
24、CL变低以后有效(T V )，且维 持到下一个 SCL的下降沿 。 图 11 典型的应用电路，包括上拉电阻 RP和 VDD与 VSS之 间的去耦电容。 为避免信号冲突，微处理器（MCU）必须只能 驱动 SDA和 SCL在低电平。需要一个外部的 上拉电阻（例如：10k）将信号提拉至高 电平。上拉电阻通常可能已包含在微处理器 的 I/O 电路中。参考表 4和表 5可以获取关于 传感器输入/输出特性的详细信息。 4 电气特性 4.1 绝对最大额定值 SHT2x的电气特性在表 1有所定义。如表 3 中所给出的绝对最大额定值仅为应力额定值 和提供更多的信息。在这样的条件下，该装 置进行功能操作是不可取的
25、。长时间暴露于 绝对最大额定值条件下，可能影响传感器的 可靠性（例如，热载流子效应，氧化分解 等）。 参数 最小 最大 单位 VDD to VSS -0.3 5 V 数字 I/O 引脚 (SDA, SCL) to VSS -0.3 VDD + 0.3 V 每个引脚的输入电流 -100 100 mA 表 3 电气绝对最大额定值 ESD静电释放符合JEDEC JESD22- A114 标准 (人体模式 4kV), JEDEC JESD22-A115 (机器模式200V) ， ESDA ESD-STM5.3.1-1999 ，AEC-Q100-011 (充电产品模式, 750V角针, 500V 其他针
26、)。 电路闭锁测试依据JEDEC JESD78标准，满足 强制电流在100 mA，环境温度Tamb = 125条 件下测试。如果测试条件超出标称限制指 标，传感器需要加额外的保护电路。 4.2 输入/输出特性 电气特性， 如功耗、输入和输出的高、低电 平电压等，依赖于电源供电电压。为了使传 感器通讯顺畅，很重要的一点是， 确保信号 设计严格限制在表 4、5和图 12所给出的范 围内）。 参数 条件 最小 典型 最大 单位 输出低电压 VOL VDD = 3.0 V, -4 mA IOL 0mA 0 - 0.4 V 输出高电压 VOH 70% VDD - VDD V 输出汇点电流 IOL - -
27、 -4 mA 输入低电压 VIL 0 - 30% VDD V 输入高电压 VIH 70% VDD - VDD V 输入电流 VDD = 3.6 V, VIN = 0 V to 3.6 V - - 1 uA SDA SCL GND VDD MCU (master) RP RP SCL OUT SDA OUT SDA IN SCL IN C = 100nF SHT2x (slave) 1 6 5 2 4 3 表 4 数字输入输出焊盘的直流特性，如无特殊声明， VDD = 2.1 V to 3.6 V, T = -40 C to 125 C。 Datasheet SHT21 7/13图 12 数字输
28、入/输出端的时序图、缩略语在表 5中进行了解 释。较粗的 SDA线由传感器控制、普通的 SDA 线由单片机控制。请注意 SDA有效读取时间由前一个转换 的下降沿触发. 参数 最小 典型 最大 单位 SCL 频率, fSCL 0 - 0.4 MHz SCL 高电平时间, tSCLH 0.6 - - s SCL 低电平时间, tSCLL 1.3 - - s SDA 建立 Time, tSU 100 - - ns SDA 保持时间, tHD 0 - 900 ns SDA 有效时间, tVD 0 - 400 ns SCL/SDA 下降时间, tF 0 - 100 ns SCL/SDA 上升时间, tR
29、 0 - 300 ns 总线容性负载, CB 0 - 400 pF 表 5 I 2 C快速模式数字输入/输出端的时序特性。具体含义在 图 12有所显示。除非另有注明，VDD =2.1V至 3.6V， 温度=- 40 C to 125 C。 5 传感器通讯 SHT21采用标准的 I 2 C协议进行通讯。欲获取 下述章节以外的关于 I 2 C协议的资料，请参阅 下列网站： http：/ 2 c/。 请注意如 5.3. 14 小节中所定义的那样，所有传 感器都被设置为相同的 I 2 C地址。 此外, Sensirion 提供程序样例参照 . . 5.1 启动传感器 第一步，将传感器上电，电压为所选择
30、的 VDD电源电压 （范围介于 2.1 V与 3.6 V之 间）。上电后，传感器最多需要 15毫秒时间 （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。 启动时的最大电流消耗为 350A。 5.2 启动/停止时序 每个传输序列都以 Start 状态作为开始并以 Stop 状态作为结束，如图 13 和图 14 所示。图 13 启动传输状态（S）-当 SCL为高电平时，SDA由高电平 转换为低电平。开始状态是由主机控制的一种特殊的总线状 态，指示从机传输开始（Start 之后，BUS 总线一般被认为处 于占线状态） 图 14停止传输状态（P）-当 SCL高电平时
31、， SDA线上从低 电平转换为高电平。停止状态是由主机控制的一种特殊的总 线状态，指示从机传输结束（Stop之后，BUS总线一般被认 为处于闲置状态）。 5.3 发送命令 在启动传输后，随后传输的 I 2 C首字节包括 7 位的 I 2 C设备地址（B-范例地址1000000） 和一个 SDA方向位（读 R： 1，写 W： 0）。在第 8个 SCL时钟下降沿之后，通过 拉低 SDA引脚（ACK位），指示传感器数据 接收正常。在发出测量命令之后（ 1110 0011代表温度测量，11100101代表 相对湿度测量）， MCU必须等待测量完成。 基本的命令在表 6中进行概述。有两种不同 的方式可选
32、，主机模式或非主机模式。 SCL 70% 30% tSCKL 1/fSCK tSCKH tR tF SDA 70% 30% tSU tHD SDA valid read DATA IN tR SDA 70% 30% DATA OUT tVD tF SDA valid write SDA SCL 70% 30% 70% 30% SDA SCL 70% 30% 70% 30% Datasheet SHT21 8/13表 6基本命令集、RH代表相对湿度、T代表温度 5.4 主机/ 非主机模式 MCU与传感器之间的通讯有两种不同的工作 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， S
33、CL线被封锁（由 传感器进行控制），在第二种情况下，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。非主机模式允许 传感器进行测量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 12与图 13所示。 在主机模式下测量时，SHT2x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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 S 1 0 0 0 0 0 0 0 ACK 1 1 1 0 0 1 0 1 ACK I 2 C address + wr
34、ite Command (见 表 6) 19 20 21 22 23 24 25 26 27 S 1 0 0 0 0 0 0 1 ACK Measurement I 2 C address + read Hold during measurement 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 0 1 1 0 0 0 1 1 ACK 0 1 0 1 0 0 1 0 ACK Data (MSB) Data (LSB) Stat. 46 47 48 49 50 51 52 53 54 0 1 1 0 0 0 1 1 NACK P Ch
35、ecksum 图 15 主机通信模式时序-灰色部分由 SHT2x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需要对传感器状态进 行查询。此过程通过发送一个启动传输时 序，之后紧接着是如图 16所示的 I 2 C首字节 （10000001）来完成。如果内部处理工作完 成，单片机查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 果测量处理工作没有完成，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
36、 LSBs （bit43和 44）用来传输相关的状态信息。两 个 LSBs中的 bit1表明测量的类型（0温度; 1：湿度）。bit0位当前没有赋值。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 S 1 0 0 0 0 0 0 0 ACK 1 1 1 1 0 1 0 1 ACK I 2 C address + write Command (see 表 6) 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Measurement S 1 0 0 0 0 0 0 1 NACK measuring I 2 C address + read 19 2
37、0 21 22 23 24 25 26 27 Measurement S 1 0 0 0 0 0 0 1 ACK continue measuring I 2 C address + read 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 0 1 1 0 0 0 1 1 ACK 0 1 0 1 0 0 1 0 ACK Data (MSB) Data (LSB) Stat. 46 47 48 49 50 51 52 53 5 4 0 1 1 0 0 0 1 1 NACK P Checksum 图 16 非主机通信模式时序 （灰色部分由
38、 SHT2x进行控 制）。如果测量工作并非完成于“读”命令，传感器不会以 27位提供 ACK （可能发生更多的迭代次数）。如果 45位被 改成 NACK,后接停止时序（P），校验和传输就被省略。 在图 15 和图 16 的示例中，传感器输出 S RH= 0110001101010000。在进行物理换算时，后两位 状态位应置0 见段 6. 所需最长测量时间取决于测量类型和分辨率，见 表 7。测量时间的最大值由 MCU 的通讯计划确 定。 分辨率 RH典型值 RH 最大值 T 典型值 T 最大值 单位 14 bit 66 85 ms 13 bit 33 43 ms 12 Bit 22 29 17
39、22 ms 11 bit 12 15 9 11 ms 10 bit 7 9 ms 8 bit 3 4 ms 表 7 不同分辨率的温度和湿度测量时间。如计算能耗，建 议选择典型值或平均值，而计算 MCU的通信时间应选用最 大值为参考。 命令 释义 代码 触发 T 测量保持主机 11100011 触发 RH 测量保持主机 11100101 触发 T 测量非保持主机 11110011 触发 RH 测量非保持主机 11110101 写用户寄存器 11100110 读用户寄存器 11100111 软复位 11111110 Datasheet SHT21 9/13请注意：I 2 C 通讯允许在不通过停止时
40、序(P)停止 前一个时序的情况下，重复启动(S)-请参照图 15，16和 18。任何启动 Start时序的前一个时序仍 然可以通过一个停止 Stop 时序来结束。. 5.5 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，重新启动传感器系统。 在接收到这个命令之后， 传感器系统开始重 新初始化，并恢复默认设置状态，用户寄存 器的加热器位除外（见 5.6）。软复位所需时 间不超过 15毫秒。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 S 1 0 0 0 0 0 0 0 ACK 1 1 1 1 1 1 1 0 ACK P I 2
41、C address + write Soft Reset 图 17 软复位 灰色部分由 SHT2x控制。. 5.6 用户寄存器 用户寄存器的内容如表 8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，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。 二进制位 #位 描述/代码 默认 7, 0 2 测量分辨率 RH T 00 12 bit 14 bit 01 8 bit 12 bit 10 10 bit 13 bit 11 11 bit 11 bit 00 6
42、 1 电池状态 End of battery 150: VDD 2.25 V 1: VDD 2.15 V 0 3, 4, 5 3 预留 2 1 启动片上加热器 0 1 1 不能启动 OTP 加载 1 表 8 用户寄存器。电池信号的临界值会有0.05V左右的变 动。保留位不得变更。 “OTP reload” = 0在每次测量命令发 出后写入默认值。 电池电量不足警报在电源电压下降到 2.25V 以下 时激活。 15此状态位在每次测量后更新 内部加热器用于传感器功能性诊断 温度升 高时相对湿度降低。加热器功耗大约为 5.5mW ，可使温度升高 0.5 1.5C。 OTP 重加载为一个安全功能，可以
43、在每次测量前 将整个 OTP 设置加载到寄存器，加热器位除外。 SHT2X 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重加载。 读和写用户寄存器的 I 2 C 通讯如图 18所示 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 S 1 0 0 0 0 0 0 0 ACK 1 1 1 0 0 1 1 1 ACK I 2 C address + write Read Register 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 S 1 0 0 0 0 0
44、0 1 ACK 0 0 0 0 0 0 1 0 NACK I 2 C address + read Register content 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 S 1 0 0 0 0 0 0 0 ACK 1 1 1 0 0 1 1 0 ACK I 2 C address + write Write Register 55 56 57 58 59 60 61 62 63 0 0 0 0 0 0 1 1 ACK P Register content to be written 图 18 读和写寄存器时序 灰色部分由
45、SHT2x控制。 在此示 例中， 分辨率设置为 8bit / 12bit。 5.7 CRC 校验和 CRC8是大家熟知的标准校验和算法，程序移 植可参阅公共资源，如 Wikipedia。 5.8 序列号 SHT21提供电子身份识别代码。欲获取如何 阅读身份识别代码的有关说明，请参阅 “Electronic Identification Code”部分-可在网站下载相 关资料 6 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
46、物理计算 前须置0。在图 15和图 16的示例中，所传输 的 16位相对湿度数据为0110001101010000 = 25424。 Datasheet SHT21 10/136.1 相对湿度转换 不论基于哪种分辨率，相对湿度 RH都可以 根据 SDA输出的相对湿度信号 S RH 通过如下 公式计算获得 （结果以 %RH表示）。 16 RH 2 S 125 6 RH 在图 15 和图 16 中，相对湿度的计算结果为 42.5%RH。 以上所给出的 RH物理值对应于世界气象组 织（WMO）所规定的基于液态水的相对湿 度。 基于冰的相对湿度 RH i 可通过特定温度 t下基 于水的相对湿度 RH
47、w 转换而来，同样参照应 用说明 “Introduction to Humidity”: t t t t RH RH i i w w w i exp exp 相对湿度单位为 %RH温度单位为C for temperature. 相关系数如下： w= 17.62, w = 243.12C, i= 22.46, i = 272.62C. 6.2 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 S T 代入到下面的公式计算得到 （结果以温度C表示）： 16 T 2 S 175.72 46.85 T 7 环境稳定性 SHT2x 系列传感器依据 AEC-Q100 Rev. G 标准测试
48、 方法进行测试。传感器技术规格通过 了 AEC- Q100 温度等级 2测试，测试条件见表 9 16 . 16根据 AEC-Q100 temperature grade 2标准，传感器工作范围 -40- 105C 。 环境 标准 结果 17HTOL 125C, 1000 hours 在规定范围 TC -50C - 125C, 1000 cycles Acc. JESD22-A104-C 在规定范围 UHST 130C / 85%RH/ 2.3bar, 96h 在规定范围 THB 85C / 85%RH, 1000h 在规定范围 ESD HBM 4kV, MM 200V, CDM 750V/500V (角针/其他针) 合格 Latch-up 在 Tamb = 125C, 加强制电 流100mA 合格 表 9: 标准测试： HTOL = High Temperature Storage Lifetime 高温工作寿命, TC = Temperature Cycles
