恭成科技技術部

隨著5G技術(shu)在各種設(she)備被(bei)廣泛應用，5G時代終(zhong)于真(zhen)正(zheng)到來(lai)。5G區別于早期的2G、3G和4G移動通信(xin)的關鍵是：

1.通信速度、處理信息量、連接能力等大幅度提高，以滿足高清圖像、視頻、虛擬現實等大數據量傳輸和自動駕駛、遠程醫療、物聯網通信等實時應用；

2.連續(xu)廣域覆蓋和高移動性(xing)下，用戶體驗(yan)速率達到100Mbit/s。

3.系(xi)統協(xie)同化，智能化水平(ping)提升，表(biao)現為(wei)多(duo)用戶，多(duo)點，多(duo)天線(xian)，多(duo)攝取的(de)協(xie)同組網，以及網絡間靈(ling)活地(di)自動調(diao)整(zheng)。

以(yi)上(shang)特點都使得5G設備中相關(guan)部件的負載增加(jia)(jia)，發熱(re)(re)源也增加(jia)(jia)，多個發熱(re)(re)源間還(huan)會相互(hu)影響(xiang)傳熱(re)(re)，以(yi)往對單一發熱(re)(re)源采(cai)取的措施，可能并不適(shi)用(yong)于(yu)同(tong)時處(chu)理5G電子設備中多(duo)個功能(neng)熱點的(de)狀(zhuang)態。

基(ji)于上述背景(jing)，監測基(ji)板上多個(ge)功能(neng)熱點的溫度，并根據(ju)電子(zi)設備的復雜功能(neng)去控(kong)制(zhi)作為發熱源(yuan)部件性(xing)能(neng)變得尤(you)為重要。

比如(ru)，當CPU加(jia)載很大的應(ying)用程序時，初始(shi)階段溫度較低以全功(gong)率運行(xing)。若CPU溫度升高，則性(xing)能會降低，且不(bu)能超過(guo)閾值(zhi)溫度控(kong)制。此(ci)時，若(ruo)向CPU供電的電源部分(fen)的發熱(re)很大，且(qie)CPU能夠接收到來自電源(yuan)部件(jian)的發熱，則CPU的溫度可能急劇(ju)上升。要同時考慮CPU周(zhou)圍和(he)電源IC周圍的溫度，就有必要更精細(xi)地控(kong)制每個器件的性能(neng)。

在基板上對器件進(jin)行溫度控制的同時，還(huan)需(xu)注意的是：由于發熱(re)(re)器件持(chi)續產生熱(re)(re)量，可能需(xu)要最(zui)終的過熱(re)(re)保(bao)護(hu)——例如(ru)顯示(shi)警(jing)告或切換至(zhi)關閉狀態等。

基(ji)板上需要考慮每個(ge)發熱源和IC、模塊的(de)內部溫(wen)度(du)，還需要考慮彼此的(de)熱(re)(re)交換和放置電子設備的(de)周(zhou)圍(wei)環境(jing)的(de)溫(wen)度(du)變化。只有(you)監控發(fa)熱(re)(re)源周(zhou)圍(wei)的(de)溫(wen)度(du)，才可進行(xing)上述提到的(de)溫(wen)度(du)管(guan)理。

貼片(pian)NTC熱敏(min)電(dian)阻(zu)因和相(xiang)同EIA尺寸(cun)標準的片式電(dian)阻(zu)、電(dian)容、電(dian)感等一樣適(shi)合表面貼(tie)裝(zhuang)，配置(zhi)自由度極(ji)高(gao)，占用空(kong)間(jian)小，能以(yi)簡單的電(dian)路(lu)得到(dao)預(yu)期的精度，因此貼(tie)片NTC熱敏電阻非常適(shi)合作為溫(wen)度(du)傳感器放在基(ji)板(ban)上要測量(liang)的(de)位置，來(lai)實現對基(ji)板(ban)的(de)溫(wen)度(du)監(jian)控。

圖1. 貼片NTC熱(re)敏電阻產品圖

同時貼(tie)片NTC熱敏電阻的(de)(de)生(sheng)產工藝成(cheng)熟，新品研發(fa)周(zhou)期短，可大量生(sheng)產具有不同特性的(de)(de)很(hen)多產品，增加(jia)相應的(de)(de)生(sheng)產設(she)備(bei)就可擴大產能和實現微型化(hua)，從而很(hen)容易降低成(cheng)本。

貼片NTC熱敏電阻(zu)的其他(ta)魅力

下圖是使用了貼片NTC熱(re)敏電阻的溫度檢測電路的例子。

圖2. 貼片NTC熱敏電阻溫(wen)度檢測電路實例

將貼片(pian)NTC熱敏電阻和貼片電阻串聯，施加恒定電壓。這時的分壓與貼片NTC熱敏電阻的溫度的(de)關(guan)系(xi)如圖3所示。

圖3. 分壓(ya)(ya)電壓(ya)(ya) (Vout) 的溫度特性

在較寬的溫度范(fan)圍內可以獲(huo)得非常大的電(dian)壓(ya)變化(hua)，這種電(dian)壓(ya)變化(hua)作為溫度信息來處理。從而在溫度超出閾值時發出警示。

值得注(zhu)意(yi)的是(shi)，圖2中電壓(ya)變化很大，但在(zai)AD轉換器(ADC)之前卻沒有使用放大器。不限于溫度傳感器，通常來自電子裝置中使用的傳感器的信號非常微弱，并且需要一些信號放大器。而貼(tie)片NTC熱敏電阻是少(shao)數(shu)不需要放大器的傳感器。

這里(li)考(kao)慮一下(xia)ADC的分(fen)辨率(lv)。如圖2所示，假設施加至貼片(pian)NTC熱敏電阻的電壓(ya)與向(xiang)微(wei)機內的ADC供給的電壓相同(tong)，并且ADC的(de)輸入范圍為0V~3V。如(ru)果ADC的分(fen)辨(bian)率為10位，則(ze)量化單元(LSB: Least Significant Bit) 變(bian)為大(da)約(yue)3mV。

另外，在與圖(tu)3相(xiang)同的溫度范圍，即-20℃～+85℃下(xia)，能夠得到的(de)單位(wei)溫度的(de)電壓(ya)變(bian)化(增益)如圖(tu)4所示(shi)。即使在增益(yi)最小的(de)溫度范圍的(de)上限(xian)和下限(xian)，也可(ke)以獲得約(yue)10 mV/℃的增(zeng)益。此時，1LSB相(xiang)當于約0.3℃。即使安裝在微型計(ji)算機中的10位ADC也可(ke)以預期約0.3℃的溫度分(fen)辨(bian)率。當然(ran)，在室溫附近存在30mV/℃以上的增益，因此1LSB為(wei)0.1℃以下(xia)。

圖4. 單(dan)位溫度的(de)電(dian)壓變(bian)化(增益)

使用(yong)配(pei)備有微型計算機(ji)的標(biao)準ADC，可以通過簡單的電路輕松形成溫度檢測電路。這是貼片(pian)NTC熱敏(min)電阻廣泛(fan)用(yong)于電子設備溫度檢測的主(zhu)要(yao)原因。

簡單電(dian)路&高精度溫(wen)度測(ce)定

那么，使用普通貼片(pian)NTC熱敏電阻和(he)電阻的溫(wen)度測量(liang)精度是多(duo)少？

再看一下圖3。該圖是使用電(dian)阻(zu)值公差±1%的貼(tie)片(pian)NTC熱敏電阻和貼片電阻時的電壓溫度特性。對得到的電壓的中心值和細線根據部件的最大公差等計算的電壓的上下限值進行繪圖。由于幾乎看不到差，因此，將中心值為零時的上下限值換算為溫度的圖表如圖5所示。

圖(tu)5. 對圖(tu)3中(zhong)Vout誤差溫度進行換(huan)算

結(jie)果顯(xian)示，在+60℃下產(chan)生(sheng)約±1℃的誤差，在+85℃下產生(sheng)約±1.5℃的誤(wu)差。為了(le)監測電子(zi)設備(bei)內部的溫(wen)度(du)，例如基板溫(wen)度(du)，可以預期足(zu)夠(gou)可靠的溫(wen)度(du)測量精度(du)。

使用簡單的元器件和電路就可以實現高精度的溫度測量，貼片NTC熱(re)敏(min)電(dian)阻的高性價比也就不言而喻了。

恭成科技擁有先進的貼片NTC熱敏(min)電阻生(sheng)產(chan)工藝平臺，成熟、靈活的配方(fang)體系(xi)，可(ke)根據客戶(hu)需求快速研發新規格(ge)、高(gao)精度、高(gao)可(ke)靠性的優質產(chan)品，幫助5G時(shi)代的電子設備(bei)精準(zhun)監測溫度(du)。

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