恭成(cheng)科技技術部

隨著5G技術(shu)在(zai)各種設備被廣泛應用，5G時代終于真正到來(lai)。5G區別于早期(qi)的2G、3G和4G移動通信(xin)的關鍵(jian)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(xia)，用戶體(ti)驗(yan)速(su)率達到100Mbit/s。

3.系統協同(tong)(tong)化，智能化水(shui)平提升，表(biao)現(xian)為多(duo)用戶(hu)，多(duo)點(dian)，多(duo)天線，多(duo)攝取的協同(tong)(tong)組網，以及網絡間靈活地(di)自動調整(zheng)。

以(yi)上特點(dian)都(dou)使(shi)得5G設備中相關部件(jian)的負載增加，發熱(re)(re)源也增加，多(duo)個發熱(re)(re)源間(jian)還會相互影響(xiang)傳(chuan)熱(re)(re)，以往(wang)對單一(yi)發熱(re)(re)源采取的措施，可能并不(bu)適用于同時處理5G電(dian)子(zi)設(she)備中多個功能熱點的(de)狀態。

基(ji)于上述背景(jing)，監測基(ji)板(ban)上多個功能(neng)(neng)熱(re)點的(de)溫(wen)度，并根據(ju)電子設備的(de)復雜(za)功能(neng)(neng)去控制作為(wei)發熱(re)源部件(jian)性能(neng)(neng)變得(de)尤為(wei)重要。

比如，當CPU加載很大的應用程序時，初始階段溫(wen)度較低以全功率運行(xing)。若CPU溫度(du)升高(gao)，則性能會(hui)降(jiang)低，且不能超過閾(yu)值溫度(du)控制。此(ci)時(shi)，若向CPU供電(dian)的(de)電(dian)源部分(fen)的(de)發熱很大，且(qie)CPU能(neng)夠(gou)接收到來自(zi)電(dian)源部(bu)件的發熱，則CPU的溫(wen)度可能(neng)急劇(ju)上升。要同(tong)時考慮CPU周(zhou)圍和電(dian)源IC周(zhou)圍的溫度，就有(you)必要更(geng)精細(xi)地(di)控制每(mei)個器件的性能。

在基板上對器件進行(xing)溫度控制的(de)同(tong)時，還需注意的(de)是：由于發熱(re)(re)器件持續產生熱(re)(re)量(liang)，可(ke)能需要最終的(de)過熱(re)(re)保護——例如顯(xian)示警告或切換至關閉狀(zhuang)態等。

基板上需要考慮(lv)每個發熱源和IC、模(mo)塊的(de)(de)(de)內部溫度，還需要考慮彼此的(de)(de)(de)熱交換和(he)放(fang)置電子(zi)設備的(de)(de)(de)周(zhou)圍環境(jing)的(de)(de)(de)溫度變(bian)化。只有監控發熱源(yuan)周(zhou)圍的(de)(de)(de)溫度，才可進(jin)行上述提到的(de)(de)(de)溫度管理。

貼(tie)片NTC熱敏電(dian)阻因和相同EIA尺寸標準的片式電阻、電容、電感(gan)等(deng)一樣適(shi)合(he)表面貼裝(zhuang)，配置自由度(du)極高，占用空間小(xiao)，能以簡單的電路(lu)得到預期的精度(du)，因此貼片NTC熱敏電(dian)阻非常適(shi)合作為溫度傳(chuan)感器放在基板上(shang)要測量的位(wei)置(zhi)，來實現(xian)對基板的溫度監控。

圖(tu)1. 貼(tie)片NTC熱敏電阻產(chan)品圖

同時貼片NTC熱敏電阻的生(sheng)(sheng)產工藝成熟，新(xin)品研發周期短，可大(da)(da)量生(sheng)(sheng)產具有(you)不同特性(xing)的很(hen)多產品，增加相應的生(sheng)(sheng)產設備就(jiu)可擴大(da)(da)產能和(he)實現微(wei)型化，從而很(hen)容易降(jiang)低成本。

貼片(pian)NTC熱敏(min)電阻(zu)的(de)其他魅力(li)

下(xia)圖是使用了貼片NTC熱敏電(dian)阻的溫度(du)檢測電(dian)路(lu)的例子。

圖(tu)2. 貼(tie)片NTC熱(re)敏(min)電阻溫度檢測電路實例

將貼片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(pian)NTC熱敏電阻的溫度的關(guan)系如圖3所示。

圖3. 分(fen)壓電(dian)壓 (Vout) 的溫(wen)度特性

在(zai)較寬的溫(wen)度范(fan)圍(wei)內可以獲得(de)非常大的電壓變化，這種電壓變化作(zuo)為溫(wen)度信(xin)息來(lai)處理。從而在(zai)溫(wen)度超(chao)出閾值(zhi)時發出警示。

值得(de)注意的是，圖2中(zhong)電壓變(bian)化很大(da)，但在AD轉(zhuan)換器(qi)(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。而貼片NTC熱敏電(dian)阻是(shi)少數不(bu)需要放(fang)大(da)器的(de)傳感器。

這里考(kao)慮(lv)一下ADC的分辨(bian)率。如圖2所示，假設施加至貼片NTC熱敏電阻的電壓(ya)與向微機內的ADC供給的電(dian)壓相同，并且(qie)ADC的輸入(ru)范圍為(wei)0V~3V。如果ADC的分辨率(lv)為10位(wei)，則(ze)量化(hua)單元(LSB: Least Significant Bit) 變為大約3mV。

另外，在與圖3相同的溫度范圍，即(ji)-20℃～+85℃下，能夠得到的(de)(de)單位溫度的(de)(de)電(dian)壓(ya)變(bian)化(增(zeng)益)如(ru)圖(tu)4所(suo)示。即使在增(zeng)益最(zui)小的溫度范圍的上限(xian)和下限(xian)，也可以(yi)獲得(de)約(yue)10 mV/℃的增(zeng)益。此時，1LSB相當于約(yue)0.3℃。即(ji)使安裝在(zai)微型計(ji)算機中的(de)10位ADC也可以(yi)預期約0.3℃的溫度分(fen)辨率。當然，在室溫附近存在30mV/℃以(yi)上的(de)增(zeng)益，因此1LSB為0.1℃以(yi)下。

圖4. 單(dan)位溫度的電(dian)壓變化(增益)

使用配備(bei)有微(wei)型計算機的標(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NTC熱敏電阻廣泛用于(yu)電子設備溫(wen)度檢測的主要原因。

簡單電路&高精(jing)度溫度測定

那么，使用普通貼(tie)片NTC熱敏(min)電阻和電阻的溫度測(ce)量精度是(shi)多少？

再看一下圖3。該圖(tu)是(shi)使用電阻值(zhi)公(gong)差(cha)±1%的貼片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3中Vout誤差溫度(du)進行換算

結(jie)果顯示，在+60℃下產生約(yue)±1℃的(de)誤差，在(zai)+85℃下(xia)產(chan)生約±1.5℃的誤差。為了監測(ce)電子(zi)設(she)備內(nei)部的溫度，例如(ru)基板溫度，可以(yi)預期(qi)足夠可靠的溫度測(ce)量精(jing)度。

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)敏電阻的(de)高性價(jia)比也就不(bu)言而喻(yu)了。

恭成科技擁有先進的貼(tie)片NTC熱敏電阻生產工藝平臺(tai)，成熟、靈活的(de)配方體系，可根據客戶需求快(kuai)速研(yan)發新規格、高精度、高可靠性的(de)優(you)質(zhi)產品，幫(bang)助5G時代的(de)電子設備精準監測溫度。

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