恭成科技技術部

隨著5G技(ji)術(shu)在各種設備(bei)被廣泛應用，5G時代終于真正(zheng)到來。5G區別于早期(qi)的2G、3G和(he)4G移動通信的關(guan)鍵是(shi)：

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.連續廣域覆蓋和(he)高移動性(xing)下，用(yong)戶體驗速率達到100Mbit/s。

3.系統協(xie)同(tong)化(hua)(hua)，智能化(hua)(hua)水(shui)平提(ti)升(sheng)，表現為(wei)多(duo)用戶，多(duo)點，多(duo)天(tian)線(xian)，多(duo)攝(she)取的協(xie)同(tong)組網，以及網絡間靈活(huo)地自動調整(zheng)。

以上特點都使得5G設備中相關部件(jian)的(de)負載增(zeng)加，發(fa)熱(re)源(yuan)(yuan)也(ye)增(zeng)加，多個發(fa)熱(re)源(yuan)(yuan)間還(huan)會相互影響傳熱(re)，以往對單一發(fa)熱(re)源(yuan)(yuan)采取的(de)措施，可能并不(bu)適(shi)用(yong)于同時處(chu)理5G電子(zi)設備中多個功能熱點的狀態。

基于上述背景，監測基板上多(duo)個功能(neng)熱(re)點(dian)的溫度(du)，并根據(ju)電子設備的復雜功能(neng)去控制作(zuo)為發熱(re)源(yuan)部件性能(neng)變得尤為重要(yao)。

比(bi)如，當CPU加載(zai)很大的應用程序(xu)時，初始階段溫度較低以(yi)全功率運行。若CPU溫度升高，則性能會降低，且不能超過(guo)閾值溫度控(kong)制。此時，若向CPU供電的電源部分(fen)的發(fa)熱很(hen)大，且CPU能夠接(jie)收到來自電源部件的發熱，則(ze)CPU的(de)溫度可能急劇上升。要同(tong)時考慮CPU周圍(wei)和(he)電源IC周(zhou)圍(wei)的溫度，就(jiu)有必要更精細地控(kong)制每個器件的性能。

在基板(ban)上對器(qi)件進行(xing)溫度控制的同時(shi)，還需(xu)注意(yi)的是：由于發(fa)熱器(qi)件持續產(chan)生熱量，可能需(xu)要最(zui)終的過熱保護——例如顯示警告或切換至關閉狀態等(deng)。

基板上需要(yao)考慮每個(ge)發熱源和(he)IC、模塊的內部(bu)溫(wen)度(du)(du)，還需要(yao)考慮彼此的熱交(jiao)換(huan)和放置(zhi)電子(zi)設備的周(zhou)圍(wei)環境(jing)的溫(wen)度(du)(du)變化(hua)。只有監(jian)控發熱源周(zhou)圍(wei)的溫(wen)度(du)(du)，才可進行(xing)上述提(ti)到的溫(wen)度(du)(du)管理。

貼片NTC熱敏(min)電阻因和相同EIA尺(chi)寸標準的片(pian)式電(dian)阻、電(dian)容(rong)、電(dian)感等一樣適(shi)合表(biao)面貼(tie)裝(zhuang)，配置自由度極(ji)高，占用空間(jian)小(xiao)，能以簡單的電(dian)路得到預期的精度，因此(ci)貼(tie)片(pian)NTC熱敏(min)電(dian)阻(zu)非常適合作(zuo)為溫(wen)度(du)傳(chuan)感器放在(zai)基板(ban)上要測量的(de)位置，來(lai)實現對基板(ban)的(de)溫(wen)度(du)監控。

圖1. 貼片NTC熱敏電阻產品圖

同(tong)時貼片(pian)NTC熱敏(min)電阻(zu)的生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)藝成(cheng)熟，新品研(yan)發(fa)周期短，可大量生(sheng)產(chan)(chan)具有不(bu)同特性(xing)的很(hen)多產(chan)(chan)品，增加相應(ying)的生(sheng)產(chan)(chan)設備就(jiu)可擴大產(chan)(chan)能(neng)和實現微(wei)型化，從而很(hen)容易降低(di)成(cheng)本。

貼片NTC熱敏電阻(zu)的其他(ta)魅(mei)力

下圖是使用了貼片NTC熱敏電(dian)阻(zu)的溫度檢測電(dian)路的例子。

圖(tu)2. 貼(tie)片NTC熱敏電阻溫度檢測電路實例(li)

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(tie)片NTC熱敏電阻的溫度的關系如圖3所示(shi)。

圖3. 分(fen)壓電(dian)壓 (Vout) 的溫度特性

在較寬(kuan)的溫度(du)范圍(wei)內可以獲得非常大的電壓變(bian)(bian)化，這(zhe)種電壓變(bian)(bian)化作為溫度(du)信(xin)息(xi)來(lai)處理。從(cong)而(er)在溫度(du)超出閾值時發出警示。

值得注意(yi)的是，圖2中(zhong)電壓變化很大，但在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(pian)NTC熱敏電阻(zu)是(shi)少數不需要(yao)放大(da)器(qi)的傳感器(qi)。

這(zhe)里(li)考慮(lv)一(yi)下ADC的分辨率。如圖2所示，假設施加至貼片NTC熱敏電(dian)阻(zu)的電(dian)壓與向微機內的ADC供給的電壓相(xiang)同，并(bing)且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3mV。

另外，在與圖3相(xiang)同的溫度范(fan)圍，即-20℃～+85℃下(xia)，能(neng)夠得到的單位溫度的電壓(ya)變(bian)化(增益)如圖4所示。即使在增益最(zui)小的溫度范(fan)圍的上限(xian)(xian)和下限(xian)(xian)，也(ye)可以獲得約10 mV/℃的增(zeng)益。此時，1LSB相當于約0.3℃。即使安裝在微型計算(suan)機中(zhong)的10位ADC也可以(yi)預期約0.3℃的溫(wen)度分辨率。當(dang)然，在室溫(wen)附近存在30mV/℃以上的(de)增(zeng)益，因此1LSB為0.1℃以下。

圖4. 單位溫度的電壓變化(增益)

使用(yong)配(pei)備有微型計(ji)算(suan)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(min)電阻廣泛用于電子設(she)備溫(wen)度檢測的主要(yao)原因。

簡單電路&高精度溫(wen)度測定(ding)

那么，使用普通貼片NTC熱敏(min)電阻(zu)和電阻(zu)的溫度測量(liang)精度是多少？

再看一下(xia)圖3。該圖是使用電阻值公差±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(suo)示。

圖5. 對圖3中Vout誤(wu)差溫(wen)度進行換算

結果顯(xian)示，在(zai)+60℃下產生約±1℃的誤差(cha)，在+85℃下產(chan)生約±1.5℃的(de)誤差(cha)。為了監測電子設(she)備(bei)內(nei)部的(de)溫度(du)，例(li)如(ru)基板溫度(du)，可以預期足夠可靠的(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(tie)片NTC熱敏電(dian)阻的高(gao)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(zu)生產(chan)工(gong)藝平臺，成熟(shu)、靈(ling)活(huo)的(de)配方體系，可根據(ju)客戶需求快速研發(fa)新規格(ge)、高精度(du)、高可靠性的(de)優質產(chan)品，幫助5G時(shi)代的(de)電子設(she)備精準(zhun)監測溫度。

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