恭(gong)成科(ke)技(ji)技(ji)術部(bu)

隨著5G技(ji)術在各種設(she)備被廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，5G時代(dai)終于真(zhen)正到來。5G區別(bie)于早(zao)期的2G、3G和4G移動通信的(de)關鍵是(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(guang)域覆蓋和(he)高移動性下(xia)，用戶體(ti)驗速(su)率(lv)達到100Mbit/s。

3.系(xi)統協同(tong)化，智能化水(shui)平(ping)提升(sheng)，表現為多(duo)用戶，多(duo)點，多(duo)天(tian)線(xian)，多(duo)攝取的協同(tong)組網，以(yi)及(ji)網絡(luo)間靈活地自動調整。

以上特(te)點都使得5G設備中相關部(bu)件的(de)負(fu)載(zai)增加，發(fa)熱源(yuan)也增加，多個(ge)發(fa)熱源(yuan)間還會(hui)相互影響傳熱，以往(wang)對單(dan)一發(fa)熱源(yuan)采取的(de)措施(shi)，可能并不適用于同時處理5G電子設備中多個功能熱點的狀(zhuang)態。

基(ji)于上(shang)述背(bei)景，監測基(ji)板上(shang)多個功能(neng)(neng)熱點的溫度，并(bing)根據電子(zi)設備的復雜功能(neng)(neng)去控制作(zuo)為發熱源部(bu)件性能(neng)(neng)變得尤為重要。

比如，當CPU加載很大的應用程序時(shi)，初(chu)始階段溫度較低以全(quan)功率運行。若(ruo)CPU溫度(du)升高(gao)，則性能會降(jiang)低(di)，且不能超過(guo)閾(yu)值溫度(du)控制(zhi)。此時，若向(xiang)CPU供電的電源部分的發熱很大，且CPU能夠接收到來(lai)自電源部件(jian)的發熱，則CPU的溫度可能(neng)急劇(ju)上升。要(yao)同時考慮CPU周圍和電源IC周圍的溫(wen)度，就有必要更精細地控制每個器件的性(xing)能。

在基板上對器(qi)(qi)件進(jin)行溫度(du)控制的(de)同時，還需(xu)注意的(de)是：由于發熱(re)(re)器(qi)(qi)件持續產生(sheng)熱(re)(re)量，可能需(xu)要最(zui)終的(de)過熱(re)(re)保護——例(li)如(ru)顯示警告或切換至關閉(bi)狀(zhuang)態等。

基板上需要(yao)考慮每(mei)個發熱源和(he)IC、模(mo)塊的(de)內(nei)部溫(wen)度，還需要考慮彼(bi)此(ci)的(de)熱交換和(he)放(fang)置(zhi)電子設(she)備的(de)周圍環境的(de)溫(wen)度變化(hua)。只有監控(kong)發熱源周圍的(de)溫(wen)度，才可進行上述提(ti)到的(de)溫(wen)度管理(li)。

貼片NTC熱敏電阻因和(he)相同EIA尺寸標準的片(pian)式電(dian)(dian)阻、電(dian)(dian)容、電(dian)(dian)感等一樣(yang)適合表面貼(tie)裝，配置(zhi)自由度(du)極高(gao)，占用空間小，能以簡(jian)單的電(dian)(dian)路得到預(yu)期的精度(du)，因(yin)此貼(tie)片(pian)NTC熱敏電阻非常適合(he)作(zuo)為(wei)溫度(du)傳(chuan)感器放(fang)在(zai)基板上要測量的位置，來(lai)實現對基板的溫度(du)監控(kong)。

圖1. 貼片NTC熱敏電(dian)阻產品圖

同時貼片NTC熱(re)敏(min)電阻的(de)生(sheng)產(chan)工藝成熟，新品研發周期短，可(ke)大量生(sheng)產(chan)具有(you)不(bu)同特性(xing)的(de)很(hen)多(duo)產(chan)品，增加相應(ying)的(de)生(sheng)產(chan)設備(bei)就可(ke)擴(kuo)大產(chan)能(neng)和實現微型化，從而很(hen)容易降低成本。

貼(tie)片NTC熱敏(min)電阻的其他魅(mei)力

下(xia)圖是使用了貼片NTC熱敏電(dian)阻的溫度(du)檢(jian)測電(dian)路的例子。

圖2. 貼片NTC熱(re)敏電阻溫(wen)度檢測電路實例(li)

將貼片NTC熱敏電阻和貼(tie)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系如(ru)圖3所(suo)示(shi)。

圖3. 分壓(ya)電壓(ya) (Vout) 的溫度(du)特性

在(zai)較寬的溫度范圍內可(ke)以獲得非常大的電(dian)壓變化，這種電(dian)壓變化作為溫度信(xin)息來處理。從而在(zai)溫度超出閾值時發出警示。

值得注(zhu)意的(de)是(shi)，圖2中電(dian)壓變化很(hen)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。而貼片NTC熱敏(min)電阻是(shi)少數不需要放(fang)大器(qi)的傳(chuan)感器(qi)。

這里考慮一下ADC的(de)分辨率。如圖(tu)2所示，假設施加至貼片(pian)NTC熱(re)敏電阻的(de)電壓(ya)與向微機內的(de)ADC供給的電(dian)壓相同，并且(qie)ADC的輸入(ru)范圍(wei)為0V~3V。如果ADC的(de)分辨率為(wei)10位，則量化單(dan)元(yuan)(LSB: Least Significant Bit) 變(bian)為大約3mV。

另外，在與(yu)圖3相同(tong)的溫度范圍，即-20℃～+85℃下(xia)，能夠得到的單位溫度的電壓變化(增益)如圖4所示。即使在(zai)增益最小的溫度范圍的上限和下限，也可以獲得約10 mV/℃的(de)增益。此時，1LSB相當于約0.3℃。即(ji)使安裝(zhuang)在微型計算機中的10位ADC也可以預期約0.3℃的(de)溫(wen)度分辨率。當然，在室溫(wen)附近存在30mV/℃以上的增益，因此1LSB為(wei)0.1℃以下。

圖(tu)4. 單位溫度(du)的(de)電壓(ya)變化(增益)

使用配備(bei)有微型計算機的標準ADC，可以通過簡單的電路輕松形成溫度檢測電路。這是貼片NTC熱敏(min)電阻廣泛用于電子(zi)設備溫度檢測的主要(yao)原因。

簡單(dan)電路&高(gao)精(jing)度溫(wen)度測定(ding)

那么，使用普通貼片NTC熱敏電阻(zu)和電阻(zu)的溫(wen)度(du)測量(liang)精度(du)是多少？

再看一下圖3。該(gai)圖(tu)是使用(yong)電阻值公(gong)差±1%的貼片NTC熱敏電阻和貼片(pian)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(shi)。

圖5. 對(dui)圖3中Vout誤差溫度進行換算

結果顯示，在+60℃下(xia)產生(sheng)約±1℃的誤差(cha)，在+85℃下產(chan)生約±1.5℃的(de)誤差。為了(le)監(jian)測(ce)電子設備內部的(de)溫(wen)(wen)度(du)，例如基板溫(wen)(wen)度(du)，可(ke)以預期(qi)足夠可(ke)靠的(de)溫(wen)(wen)度(du)測(ce)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(min)電(dian)阻的高(gao)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(zu)生(sheng)產工藝平臺，成熟、靈活的配方體系，可根(gen)據客(ke)戶(hu)需(xu)求快速研(yan)發新規格、高(gao)精度(du)、高(gao)可靠性的優質產品(pin)，幫助5G時代的電子設備精準監測溫度。

恭成科技技術部