恭成科技技術部

隨著5G技術(shu)在(zai)各種設備被廣泛應用，5G時代終(zhong)于真正到來。5G區別于早(zao)期的2G、3G和(he)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(lian)續廣域覆蓋和高(gao)移動性下，用戶(hu)體驗速率達到100Mbit/s。

3.系統協同(tong)化(hua)，智能化(hua)水(shui)平提升，表現為多用戶，多點(dian)，多天線(xian)，多攝取的協同(tong)組網，以(yi)及網絡間靈(ling)活地自動調整。

以上(shang)特點都使得(de)5G設備中相(xiang)關(guan)部件的負載增加，發(fa)(fa)熱(re)源也(ye)增加，多個發(fa)(fa)熱(re)源間還會相(xiang)互(hu)影響傳(chuan)熱(re)，以往對單(dan)一發(fa)(fa)熱(re)源采取的措施(shi)，可能并不適用于(yu)同時處理5G電子(zi)設(she)備中多(duo)個功能熱點的狀態。

基(ji)于上述背景，監測(ce)基(ji)板上多(duo)個(ge)功(gong)能熱點的溫度，并根(gen)據電子設(she)備的復雜功(gong)能去控制作為發熱源部件性能變得尤為重要。

比(bi)如，當(dang)CPU加(jia)載很大(da)的應用程序時，初(chu)始(shi)階段溫度較低(di)以全功率運(yun)行(xing)。若CPU溫度(du)升(sheng)高，則性能會降(jiang)低，且不(bu)能超(chao)過閾值溫度(du)控制(zhi)。此時，若向CPU供電的電源部分的發熱很大，且CPU能夠接收(shou)到來(lai)自電源部件(jian)的(de)發熱，則CPU的溫(wen)度可(ke)能急劇上升。要同時(shi)考(kao)慮CPU周圍和電源IC周圍的溫度，就有必要更精細地控制(zhi)每個器件的性能。

在基板(ban)上對器件進行溫度控制的同時，還需注意的是：由(you)于發熱(re)(re)器件持續產生熱(re)(re)量，可能需要最終的過熱(re)(re)保護——例如顯示(shi)警告(gao)或(huo)切換(huan)至關閉狀態(tai)等。

基板上需要考(kao)慮每個發熱源(yuan)和IC、模塊的(de)(de)內(nei)部溫度，還需(xu)要(yao)考慮彼此的(de)(de)熱交換(huan)和(he)放(fang)置電子(zi)設備的(de)(de)周(zhou)圍(wei)環(huan)境的(de)(de)溫度變化。只(zhi)有(you)監控發熱源(yuan)周(zhou)圍(wei)的(de)(de)溫度，才可進行(xing)上(shang)述提到的(de)(de)溫度管理。

貼片NTC熱敏電(dian)阻因和相同(tong)EIA尺寸標準的片式(shi)電(dian)阻、電(dian)容、電(dian)感等一樣適(shi)合表面貼裝，配置自由度極高，占用(yong)空間小，能以簡(jian)單的電(dian)路得到預期(qi)的精(jing)度，因此貼片NTC熱(re)敏(min)電阻非常適(shi)合作為溫(wen)度(du)傳感器放在基板(ban)上(shang)要測量(liang)的位置，來實現對(dui)基板(ban)的溫(wen)度(du)監控。

圖1. 貼片(pian)NTC熱敏電(dian)阻產品圖

同時貼片NTC熱敏電阻的(de)生(sheng)產(chan)(chan)工藝成熟，新品(pin)研發周期短，可大量生(sheng)產(chan)(chan)具有不同特性(xing)的(de)很多產(chan)(chan)品(pin)，增加相應的(de)生(sheng)產(chan)(chan)設備(bei)就可擴(kuo)大產(chan)(chan)能和實(shi)現微型化，從(cong)而很容易降低成本。

貼片NTC熱敏電阻(zu)的(de)其他魅(mei)力

下(xia)圖是使用了貼(tie)片NTC熱敏電阻的溫度檢測電路的例子。

圖2. 貼片NTC熱(re)敏電阻(zu)溫(wen)度檢測(ce)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NTC熱敏電阻的溫度的關系如圖3所示(shi)。

圖3. 分(fen)壓電壓 (Vout) 的溫度(du)特(te)性

在較寬的(de)溫(wen)度范圍內可以獲得非常大的(de)電壓變(bian)化，這種電壓變(bian)化作為溫(wen)度信(xin)息來處理。從而在溫(wen)度超(chao)出(chu)閾值時發出(chu)警示。

值得注意的是，圖(tu)2中電壓變化(hua)很大(da)，但(dan)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(zu)是少數不(bu)需要放(fang)大器的傳感器。

這(zhe)里考慮一下ADC的分辨率。如圖2所示，假設施加至貼片NTC熱敏電阻的(de)電壓與向微機內的(de)ADC供(gong)給的(de)電(dian)壓相同，并且ADC的輸(shu)入(ru)范圍為0V~3V。如果(guo)ADC的分辨率為(wei)10位，則量化單元(LSB: Least Significant Bit) 變為大(da)約3mV。

另外，在與圖3相同的溫(wen)度范(fan)圍，即-20℃～+85℃下，能夠得到的(de)(de)單(dan)位溫度的(de)(de)電壓(ya)變(bian)化(增益)如圖4所(suo)示。即使在增(zeng)益最小的溫(wen)度(du)范圍的上限和(he)下(xia)限，也(ye)可(ke)以獲得(de)約10 mV/℃的增益。此時，1LSB相當于(yu)約0.3℃。即使安裝在微型計算機中的10位ADC也可(ke)以預期約(yue)0.3℃的溫度分(fen)辨率。當(dang)然，在(zai)室溫附近存在(zai)30mV/℃以上的增益(yi)，因此1LSB為0.1℃以下。

圖4. 單位(wei)溫度的電壓變化(增益)

使用配(pei)備有微型(xing)計(ji)算機(ji)的(de)標準ADC，可以通過簡單的電路輕松形成溫度檢測電路。這是貼片NTC熱敏電(dian)阻廣(guang)泛用于電(dian)子設備溫度檢測的主要原(yuan)因。

簡單(dan)電路(lu)&高(gao)精度(du)溫(wen)度(du)測定(ding)

那么，使用普通貼片NTC熱敏電阻和電阻的溫度測量精度是(shi)多少？

再看一下(xia)圖3。該圖(tu)是使用電(dian)阻值(zhi)公差±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3中Vout誤(wu)差溫度進行換算

結果顯(xian)示，在+60℃下產生約±1℃的(de)誤差，在+85℃下產(chan)生約(yue)±1.5℃的誤差。為了監(jian)測(ce)電(dian)子設(she)備內部的溫(wen)度(du)(du)，例如基板溫(wen)度(du)(du)，可以預期足夠可靠(kao)的溫(wen)度(du)(du)測(ce)量精(jing)度(du)(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)敏電阻(zu)的高性價(jia)比也就不言而喻了(le)。

恭成科技擁有先進的貼片NTC熱敏電阻生(sheng)產工藝平臺，成熟(shu)、靈活(huo)的(de)(de)配方體系，可(ke)根據客戶(hu)需(xu)求快速研發新規格(ge)、高精(jing)度、高可(ke)靠性的(de)(de)優(you)質產品，幫助(zhu)5G時代的電子(zi)設備精準監測溫(wen)度(du)。

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