2013 Microchip Technology Inc.
DS0005250A-page 1
Datasheet
PRODUCT FEATURES
EMC2103
RPM-Based Fan Controller with
Hardware Thermal Shutdown
General Description
The EMC2103 is an SMBus compliant fan controller with
up to up to 3 external and 1 internal temperature
channels. The fan driver can be operated using two
methods each with two modes. The methods include an
RPM based Fan Speed Control Algorithm and a direct
PWM drive setting. The modes include manually
programming the desired settings or using the internal
programmable temperature look-up table to select the
desired setting based on measured temperature.
The temperature monitors offer ±0.5°C accuracy (for
external diodes) with sophisticated features to reduce
errors introduced by series resistance and beta variation
of substrate thermal diode transistors commonly found
in processors.
The EMC2103 also includes a hardware programmable
temperature limit and dedicated system shutdown
output for thermal protection of critical circuitry.
Applications
Notebook Computers
Projectors
Graphics Cards
Industrial and Networking Equipment
Features
Programmable Fan Control circuit
—
4-wire fan compatible
—
High and low frequency PWM
RPM based fan control algorithm
—
2.5% accuracy from ~500RPM to 16k RPM
—
Detects fan aging and variation
Temperature Look-Up Table
— Allows programmed fan response to temperature
—
Controls fan speed or PWM drive setting
— Allows externally set temperature data to drive fan
—
Supports DTS data from CPU
Up to Three External Temperature Channels
(EMC2103-2 and EMC2103-4 only)
—
Supports 45nm, 60nm, and 90nm CPU diodes
— Automatically detects and supports CPUs requiring BJT
or Transistor models
—
Resistance error correction
—
Supports discrete transistors (i.e. 2N3904)
—
±0.5°C accurate (60°C to 125°C)
—
0.125°C resolution
Hardware Programmable Thermal Shutdown
Temperature
—
Cannot be altered by software
—
65°C to 127°C Range
Programmable High and Low Limits for all channels
Internal Temperature Monitor
—
±1°C accuracy
—
0.125°C resolution
3.3V Supply Voltage
SMBus 2.0 Compliant
—
SMBus Alert compatible
Two dedicated GPIOs (EMC2103-2 and EMC2103-4
only)
Available in 12-pin, QFN RoHS Compliant Package
(EMC2103-1) or 16-pin, QFN RoHS Compliant
Package (EMC2103-2 and EMC2103-4)
ORDER NUMBERS:
REEL SIZE IS 4,000 PIECES
This product meets the halogen maximum concentration values per IEC61249-2-21
ORDERING NUMBER
PACKAGE
FEATURES
EMC2103-1-KP-TR
12-pin, QFN ROHS Compliant
One external diode, RPM based
Fan Speed Control Algorithm, High
Frequency PWM driver, HW
Thermal / Critical shutdown,
EEPROM Load disabled
EMC2103-2-AP-TR
16-pin, QFN ROHS Compliant
Up to three external diodes, RPM
based Fan Speed Control algorithm,
High Frequency PWM driver, HW
Thermal / Critical shutdown, 2
GPIOs, EEPROM Load disabled
EMC2103-4-AP-TR
16-pin, QFN ROHS Compliant
Up to three external diodes, RPM
based Fan Speed Control algorithm,
High Frequency PWM driver, HW
Thermal / Critical shutdown, 2
GPIOs, EEPROM Load enabled
RPM-Based Fan Controller with Hardware Thermal Shutdown
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RPM-Based Fan Controller with Hardware Thermal Shutdown
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DS0005250A-page 3
Table of Contents
Chapter 1
Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Chapter 2
Pin Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Chapter 3
Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1
Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2
SMBus Electrical Specifications (Client Mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3
EEPROM Loader Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Chapter 4
Communications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.1
System Management Bus Interface Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.2
Write Byte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.3
Read Byte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.4
Send Byte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.5
Receive Byte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.6
Alert Response Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.7
SMBus Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.8
SMBus Time-out . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.9
Programming from EEPROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Chapter 5
General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.1
Critical/Thermal Shutdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.1.1
SHDN_SEL Pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.1.2
TRIP_SET Pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.2
Fan Control Modes of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5.3
PWM Fan Driver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.4
Fan Control Look-Up Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.4.1
Programming the Look Up Table. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.4.2
DTS Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.5
RPM based Fan Speed Control Algorithm (FSC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.5.1
Programming the RPM Based Fan Speed Control Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.6
Tachometer Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.6.1
Stalled Fan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.6.2
Aging Fan or Invalid Drive Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.7
Spin Up Routine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.8
Ramp Rate Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.9
Watchdog Timer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.10
Fault Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.11
Temperature Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.11.1
Dynamic Averaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.11.2
Resistance Error Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.11.3
Beta Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.11.4
Digital Averaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.12
Diode Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.12.1
Diode Faults. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.13
GPIOs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Chapter 6
Register Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.1
Register Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.1.1
Lock Entries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6.2
Temperature Data Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
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6.3
Critical/Thermal Shutdown Temperature Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.4
Pushed Temperature Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.5
TRIP_SET Voltage Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.6
Ideality Factor Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.7
Beta Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.8
REC Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6.9
Critical Temperature Limit Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.10
Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.11
Configuration 2 Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.12
Interrupt Status Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.13
Error Status Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.13.1
Tcrit Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.14
Fan Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.15
Interrupt Enable Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.16
Fan Interrupt Enable Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.17
PWM Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.18
PWM Base Frequency Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.19
Limit Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.20
Fan Setting Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.21
PWM Divide Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.22
Fan Configuration 1 Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.23
Fan Configuration 2 Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.24
Gain Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.25
Fan Spin Up Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.26
Fan Step Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.27
Fan Minimum Drive Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.28
Valid TACH Count Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.29
Fan Drive Fail Band Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.30
TACH Target Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.31
TACH Reading Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.32
Look Up Table Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.33
Look Up Table Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.34
GPIO Direction Register (EMC2103-2 and EMC2103-4 Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.35
GPIO Output Configuration Register (EMC2103-2 and EMC2103-4 Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.36
GPIO Input Register (EMC2103-2 and EMC2103-4 Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.37
GPIO Output Register (EMC2103-2 and EMC2103-4 Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.38
GPIO Interrupt Enable Register (EMC2103-2 and EMC2103-4 Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.39
GPIO Status Register (EMC2103-2 and EMC2103-4 Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.40
Software Lock Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.41
Product Features Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.42
Product ID Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.43
Manufacturer ID Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.44
Revision Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Chapter 7
Package Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
7.1
EMC2103-1 Package Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
7.2
EMC2103-2 and EMC2103-4 Package Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
7.3
Package Markings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Appendix A Look Up Table Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
A.1
Example #1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
A.2
Example #2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Datasheet Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
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List of Figures
Figure 1.1 EMC2103 Block Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Figure 2.1 EMC2103-1 Pin Diagram (12-Pin QFN). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Figure 2.2 EMC2103-2 and EMC2103-4 Pin Diagram (16-Pin QFN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Figure 4.1 SMBus Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Figure 5.1 System Diagram for EMC2103 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figure 5.2 Block Diagram of Critical / Thermal Shutdown. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figure 5.3 Fan Control Look-Up Table Example. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figure 5.4 RPM based Fan Speed Control Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Figure 5.5 Spin Up Routine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Figure 5.6 Ramp Rate Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figure 5.7 Diode Connections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figure 7.1 12-Pin QFN 4mm x 4mm Package Dimensions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Figure 7.2 12-Pin QFN 4mm x 4mm Package Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Figure 7.3 Recommended PCB Footprint 12-Pin QFN 4mm x 4mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Figure 7.4 16-Pin QFN 4mm x 4mm Package Dimensions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Figure 7.5 16-Pin QFN 4mm x 4mm Package Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Figure 7.6 Recommended PCB Footprint 16-Pin QFN 4mm x 4mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
RPM-Based Fan Controller with Hardware Thermal Shutdown
Datasheet
2013 Microchip Technology Inc.
DS0005250A-page 6
List of Tables
Table 2.1 Pin Description for EMC2103 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Table 2.2 Pin Types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Table 3.1 Absolute Maximum Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Table 3.2 Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Table 3.3 SMBus Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Table 3.4 EEPROM Loader Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Table 4.1 Protocol Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Table 4.2 Write Byte Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Table 4.3 Read Byte Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Table 4.4 Send Byte Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Table 4.5 Receive Byte Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Table 4.6 Alert Response Address Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Table 4.7 Block Read Byte Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Table 5.1 SHDN_SEL Pin Decode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Table 5.2 TRIP_SET Resistor Setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Table 5.3 Fan Controls Active for Operating Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Table 5.4 Dynamic Averaging Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Table 6.1 EMC2103 Register Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Table 6.2 Temperature Data Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Table 6.3 Temperature Data Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Table 6.4 Critical/Thermal Shutdown Temperature Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Table 6.5 Critical / Thermal Shutdown Data Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Table 6.6 Pushed Temperature Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Table 6.7 TRIP_SET Voltage Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Table 6.8 Ideality Factor Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Table 6.9 Ideality Factor Look-Up Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Table 6.10 Substrate Diode Ideality Factor Look-Up Table (BJT Model) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Table 6.11 Beta Configuration Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Table 6.12 Beta Compensation Look Up Table. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Table 6.13 REC Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Table 6.14 Critical Temperature Limit Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Table 6.15 Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Table 6.16 Configuration 2 Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Table 6.17 Fault Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Table 6.18 Conversion Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Table 6.19 Interrupt Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Table 6.20 Error Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Table 6.21 Fan Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Table 6.22 Interrupt Enable Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Table 6.23 Fan Interrupt Enable Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Table 6.24 PWM Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Table 6.25 PWM Base Frequency Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Table 6.26 PWM_BASEx[1:0] it Decode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Table 6.27 Limit Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Table 6.28 Fan Driver Setting Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Table 6.29 PWM Divide Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Table 6.30 Fan Configuration 1 Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Table 6.31 Range Decode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Table 6.32 Minimum Edges for Fan Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Table 6.33 Update Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Table 6.34 Fan Configuration 2 Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Table 6.35 Derivative Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Table 6.36 Error Range Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
RPM-Based Fan Controller with Hardware Thermal Shutdown
Datasheet
DS0005250A-page 7
2013 Microchip Technology Inc.
Table 6.37 Gain Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Table 6.38 Gain Decode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Table 6.39 Fan Spin Up Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Table 6.40 DRIVE_FAIL_CNT[1:0] Bit Decode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Table 6.41 Spin Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Table 6.42 Spin Time. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Table 6.43 Fan Step Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Table 6.44 Minimum Fan Drive Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Table 6.45 Valid TACH Count Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Table 6.46 Fan Drive Fail Band Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Table 6.47 TACH Target Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Table 6.48 TACH Reading Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Table 6.49 Look Up Table Configuration Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Table 6.50 Look Up Table Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Table 6.51 GPIO Direction Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Table 6.52 GPIO Output Configuration Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Table 6.53 GPIO Input Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Table 6.54 GPIO Output Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Table 6.55 GPIO Interrupt Enable Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Table 6.56 GPIO Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Table 6.57 Software Lock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Table 6.58 Product Features Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Table 6.59 SHDN_SEL[2:0] Encoding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Table 6.60 Product ID Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Table 6.61 Manufacturer ID Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Table 6.62 Revision Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Table A.1 Look Up Table Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Table A.2 Look Up Table Example #1 Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Table A.3 Fan Speed Control Table Example #1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Table A.4 Fan Speed Determination for Example #1 (using settings in
Table A.3
) . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Table A.5 Look Up Table Example #2 Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Table A.6 Fan Speed Control Table Example #2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Table A.7 Fan Speed Determination for Example #2 (using settings in
Table A.6
) . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Revision History. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
RPM-Based Fan Controller with Hardware Thermal Shutdown
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2013 Microchip Technology Inc.
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Chapter 1 Block Diagram
Figure 1.1 EMC2103 Block Diagram
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Chapter 2 Pin Layout
Figure 2.1 EMC2103-1 Pin Diagram (12-Pin QFN)
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Datasheet
DS0005250A-page 10
2013 Microchip Technology Inc.
Figure 2.2 EMC2103-2 and EMC2103-4 Pin Diagram (16-Pin QFN)
Table 2.1 Pin Description for EMC2103
PIN NUMBER
EMC2103-1
PIN NUMBER
EMC2103-2 AND
EMC2103-4
PIN NAME
PIN FUNCTION
PIN TYPE
1
1
DN1
Negative (cathode) analog input for
External Diode 1.
AIO
2
2
DP1
Positive (anode) analog input for
External Diode 1.
AIO
3
3
VDD
Power Supply
Power
N/A
4
GPIO1
GPI1 - General Purpose Input
(default)
DI (5V)
GPO1 - Open Drain digital output
OD (5V)
GPO1 - Push-pull digital output
DO