SHT21,SHT20最新数字温湿度传感器芯片

1/13SHT21技术手册温湿度传感器•完全标定•数字输出，I2C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。1.01.02.40.30.41.50.40.751.10.2SCLSDANCNCVSSVDD底视图SHT21D0AC43.02.20.8typ1.4typ3.00.3typ2.0typ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3x3mm，高度1.1mm。传感器输出经过标定的数字信号，标准I2C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-并且昀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1234参数条件昀小典型昀大单位分辨率112bit0.04%RH8bit0.7%RH精度误差2典型2%RH昀大见图2%RH重复性0.1%RH迟滞1%RH非线性0.1%RH响应时间363%8s工作范围extended40100%RH长时间漂移5正常0.5%RH/yr±0±2±4±6±8±100102030405060708090100RelativeHumidity(%RH)RH(%RH)maximaltolerancetypicaltolerance图225°C时相对湿度的昀大误差，更多信息请参考用户指南1.2电气特性参数条件昀小典型昀大单位供电电压,VDD2.13.03.6V供电电流,IDD6休眠模式-0.150.4µA测量状态200300330µA功耗6休眠模式-0.51.2µW测量状态0.60.91.0mW平均8bit-3.2-µW加热器VDD=3.0V5.5mW,T=+0.5-1.5°C通讯两线数字接口,标准I2C协议表1电气特性。关于昀大绝对值参看段落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。325°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.温度567±0.0±0.5±1.0±1.5±2.0-40-20020406080100120Temperature(°C)T(°C)maximaltolerancetypicaltolerance图3温度典型误差和昀大误差。包装信息传感器型号包装数量订货号SHT21卷带式包装4001-100711-01卷带式包装15001-100700-01卷带式包装50001-100699-01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供电电流和功耗的昀小值和昀大值都是基于VDD=3.0V和T60°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片的导热率。参数条件昀小典型昀大单位分辨率114bit0.01°C12bit0.04°C精度误差2典型0.3°C昀大见图3°C重复性0.1°C工作范围extended4-40125°C响应时间763%530s长时间漂移0.04°C/yr3/13SHT2x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”statementonsensorspecification”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25°C时的RH精度，图5中显示了其他温度段的湿度昀大误差。RelativeHumidity(%RH)100±6±5±5±5±7±890±480±4±3±3±3±4±6706050403020±6±5±5±710±40±505101520253035404550556065707580Temperature(°C)图50–80°C范围内对应的湿度昀大误差，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昀大误差(不包括迟滞)。在昀大误差为±3%RH的范围其典型误差为±2%RH，在其他范围，典型值为昀大误差值的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。02468020406080100120Temperature(°C)SupplyCurrentIDD(μA)图6VDD=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。681012141618202.12.32.52.72.93.13.33.5SupplyVoltage(VDD)SupplyCurrentIDD(nA)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）。020406080100-40-20020406080100120Temperature(癈)RelativeHumidity(%)昀大范围正常范围DatasheetSHT214/132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。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type3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9JEDEC标准的焊接过程图，Tp=260℃,tp30sec，无铅焊接。TL220℃,tl150sec，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/JEDECJ-STD-020D焊接标准，在昀高260℃温度下，接触时间应小于40秒(见图9)。对于手动焊接，在昀高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/JEDECJ-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。Type3尺寸范围为25–45µm(粉末type42).11233°C=451°F,260°C=500°F,350°C=662°F1.01.00.30.41.60.40.70.20.22.4TemperatureTimetPTPTLTS(max)tLpreheatingcriticalzoneDatasheetSHT215/13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℃）；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“HandlingInstructions”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℃和5%RH的湿度条件下保持10小时；