恭成科技(ji)技(ji)術部

隨著(zhu)5G技(ji)術(shu)在各種設(she)備被廣泛應用，5G時(shi)代(dai)終于真正到來。5G區別于早期的2G、3G和4G移動通(tong)信的關鍵是：

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.連續廣(guang)域覆(fu)蓋和高移動性下，用戶體驗速率達到100Mbit/s。

3.系統(tong)協同化，智(zhi)能(neng)化水平提升(sheng)，表現為多用戶(hu)，多點(dian)，多天線，多攝取的協同組網(wang)，以及網(wang)絡間靈活(huo)地(di)自動調整。

以上特點都使得5G設備中相關部件的負(fu)載增(zeng)加(jia)，發熱源(yuan)也增(zeng)加(jia)，多個發熱源(yuan)間還會相互影(ying)響傳熱，以往對(dui)單一(yi)發熱源(yuan)采取的措施，可(ke)能并不適(shi)用于同時(shi)處(chu)理5G電子設備中(zhong)多個功能(neng)熱點的(de)狀態(tai)。

基于上(shang)述(shu)背景，監(jian)測基板上(shang)多個功能(neng)熱(re)點的(de)溫度，并(bing)根據電(dian)子(zi)設(she)備的(de)復雜功能(neng)去控(kong)制作為發(fa)熱(re)源部件性能(neng)變得尤為重要(yao)。

比如，當CPU加(jia)載(zai)很大的應(ying)用(yong)程序時，初始階(jie)段溫度較低以全功率(lv)運行。若CPU溫度升高(gao)，則性能會降低，且不能超過閾值溫度控(kong)制。此時，若向CPU供(gong)電的電源部分的發熱很大，且(qie)CPU能夠接收到來(lai)自電源部件的發熱(re)，則CPU的溫度可能急劇上升。要(yao)同(tong)時考慮CPU周圍和(he)電(dian)源(yuan)IC周圍(wei)的(de)溫(wen)度，就有(you)必要更精細地控制每個(ge)器件的(de)性能。

在基板(ban)上對器(qi)件進行溫度控制的同(tong)時，還需注意的是：由(you)于發熱(re)器(qi)件持續產生熱(re)量，可能需要最終的過熱(re)保(bao)護(hu)——例如顯示警告或切換至關閉狀態等。

基板上需(xu)要考慮每個發熱源和IC、模(mo)塊的(de)內部(bu)溫(wen)度(du)(du)，還需要考慮彼此的(de)熱交換和放(fang)置電子設備的(de)周(zhou)圍(wei)環境的(de)溫(wen)度(du)(du)變化。只有監控發(fa)熱源周(zhou)圍(wei)的(de)溫(wen)度(du)(du)，才可進行上述提到(dao)的(de)溫(wen)度(du)(du)管理。

貼片NTC熱敏電阻因和相(xiang)同EIA尺寸標準(zhun)的片式電(dian)阻、電(dian)容、電(dian)感等一樣(yang)適合(he)表面貼裝，配置自由度極(ji)高，占用空間小，能以簡(jian)單的電(dian)路得(de)到預期的精度，因此貼片NTC熱敏電阻非常(chang)適合作(zuo)為溫(wen)(wen)度傳感器放在(zai)基板上要測量的位置，來(lai)實現對基板的溫(wen)(wen)度監控。

圖1. 貼(tie)片NTC熱敏電阻產品圖

同時(shi)貼片(pian)NTC熱敏電阻的(de)生產(chan)工藝成(cheng)熟，新品研發周期(qi)短(duan)，可(ke)大(da)(da)量生產(chan)具有不同特(te)性的(de)很(hen)多產(chan)品，增(zeng)加相(xiang)應的(de)生產(chan)設(she)備(bei)就可(ke)擴大(da)(da)產(chan)能(neng)和實現微型化，從(cong)而很(hen)容易降低成(cheng)本。

貼(tie)片(pian)NTC熱敏電(dian)阻的(de)其他魅力(li)

下圖(tu)是(shi)使用了貼片(pian)NTC熱敏電阻的溫(wen)度檢(jian)測(ce)電路的例子(zi)。

圖2. 貼片NTC熱敏電(dian)阻溫(wen)度檢測電(dian)路實例

將貼(tie)片NTC熱敏電阻和貼片(pian)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)關系(xi)如圖(tu)3所示。

圖3. 分壓電壓 (Vout) 的溫(wen)度(du)特(te)性

在較寬(kuan)的(de)溫度范圍內可以獲得非常大的(de)電(dian)壓(ya)變化(hua)，這種電(dian)壓(ya)變化(hua)作為(wei)溫度信息來處理(li)。從而在溫度超出(chu)閾值(zhi)時發出(chu)警(jing)示。

值得注意的(de)是，圖2中(zhong)電壓變(bian)化很大(da)，但(dan)在AD轉換(huan)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。而貼片NTC熱敏電(dian)阻(zu)是少數不(bu)需要(yao)放大(da)器的(de)傳感器。

這里考(kao)慮一下ADC的分辨率。如(ru)圖(tu)2所示，假設施加至貼片NTC熱敏電(dian)阻的電(dian)壓與向(xiang)微機(ji)內的ADC供給的(de)電壓相同，并且(qie)ADC的輸入范圍為(wei)0V~3V。如(ru)果ADC的分辨(bian)率為(wei)10位，則量化單元(LSB: Least Significant Bit) 變為大約(yue)3mV。

另外，在與圖(tu)3相(xiang)同的溫度范(fan)圍，即-20℃～+85℃下(xia)，能夠得到的單(dan)位溫(wen)度的電壓變化(hua)(增益)如圖4所(suo)示。即使在增(zeng)益最小的溫度范圍的上(shang)限(xian)(xian)和(he)下限(xian)(xian)，也可以獲(huo)得(de)約10 mV/℃的增(zeng)益。此時，1LSB相當(dang)于約(yue)0.3℃。即使安(an)裝(zhuang)在微型(xing)計算機中(zhong)的10位(wei)ADC也可(ke)以預(yu)期約0.3℃的溫(wen)度(du)分辨率。當(dang)然，在(zai)室(shi)溫(wen)附近(jin)存(cun)在(zai)30mV/℃以上的增益(yi)，因(yin)此(ci)1LSB為0.1℃以下。

圖4. 單(dan)位溫度的電壓變(bian)化(hua)(增益(yi))

使用配備有微(wei)型計算機的標準ADC，可以通過簡單的電路輕松形成溫度檢測電路。這是貼(tie)片(pian)NTC熱敏電阻廣泛用于電子設備溫(wen)度檢測的主要原因。

簡單(dan)電(dian)路&高(gao)精度溫度測定

那么，使用普通貼片NTC熱敏電阻和(he)電阻的溫(wen)度(du)測量精度(du)是多少？

再看一下圖3。該圖(tu)是使(shi)用電阻值公差(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5. 對圖(tu)3中Vout誤差溫度(du)進(jin)行換(huan)算

結果顯示，在+60℃下產(chan)生約(yue)±1℃的(de)誤差，在(zai)+85℃下產生約±1.5℃的(de)誤(wu)差。為了監測電子設備內部的(de)溫度(du)，例如基板溫度(du)，可以(yi)預(yu)期足夠可靠的(de)溫度(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熱敏電阻的高性價比也(ye)就不言而喻了。

恭成科技擁有先進的貼片NTC熱敏(min)電(dian)阻生產工(gong)藝平臺，成(cheng)熟、靈活的配(pei)方(fang)體系，可(ke)根據客戶需求快速研發新(xin)規格、高精度、高可(ke)靠性的優(you)質產品，幫助5G時代(dai)的電子(zi)設備精準(zhun)監(jian)測溫度。

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