恭成科技技術部

隨(sui)著5G技術在各種設備被廣泛應用，5G時(shi)代終于真正到來。5G區別于(yu)早期的2G、3G和(he)4G移動通信(xin)的關(guan)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.連續廣域覆蓋(gai)和(he)高移動性下，用戶(hu)體(ti)驗速率(lv)達(da)到100Mbit/s。

3.系(xi)統協同(tong)化(hua)，智能化(hua)水平(ping)提升，表現為多(duo)用戶(hu)，多(duo)點，多(duo)天線，多(duo)攝(she)取的(de)協同(tong)組網，以(yi)及(ji)網絡間靈活地自動調整。

以上(shang)特(te)點都使得(de)5G設備中相關部件(jian)的(de)負載增(zeng)加，發熱(re)源(yuan)也增(zeng)加，多個發熱(re)源(yuan)間還會相互影響傳熱(re)，以往(wang)對單一發熱(re)源(yuan)采取的(de)措施，可能并不(bu)適用(yong)于同(tong)時處理5G電子設備(bei)中(zhong)多個功(gong)能(neng)熱點(dian)的(de)狀(zhuang)態。

基于上述背景，監測基板上多個功能熱(re)點的溫度(du)，并根據電子設備的復雜(za)功能去控制(zhi)作為發熱(re)源部(bu)件性能變得(de)尤為重要。

比如，當(dang)CPU加載很大的應(ying)用程序時，初始階(jie)段溫度較(jiao)低以全(quan)功率運行。若CPU溫(wen)度升高，則性能(neng)會降低，且不能(neng)超過閾值溫(wen)度控制。此時，若(ruo)向(xiang)CPU供電的電源部分的發熱很大，且CPU能夠接收(shou)到來自(zi)電源部件的(de)發熱(re)，則CPU的(de)溫度可能(neng)急劇(ju)上升。要同時考慮CPU周(zhou)圍和電源IC周圍(wei)的溫度，就有必要更精細地控制每個器(qi)件的性能(neng)。

在基板上對器件進(jin)行溫(wen)度控制的(de)同時(shi)，還需注意(yi)的(de)是：由于發熱器件持續產生熱量，可(ke)能需要最終的(de)過熱保護(hu)——例(li)如顯示警(jing)告或切換至關(guan)閉狀態(tai)等。

基板上需(xu)要考(kao)慮每個發熱源和(he)IC、模塊的(de)內部溫(wen)度(du)，還需(xu)要考慮彼此的(de)熱交換和放置(zhi)電子(zi)設備(bei)的(de)周圍環境的(de)溫(wen)度(du)變化(hua)。只(zhi)有監(jian)控(kong)發熱源周圍的(de)溫(wen)度(du)，才可進行上述提(ti)到的(de)溫(wen)度(du)管理。

貼(tie)片NTC熱敏電阻因和(he)相同EIA尺(chi)寸標準的(de)片式電阻、電容(rong)、電感等一樣(yang)適(shi)合表(biao)面貼(tie)裝，配置自(zi)由度(du)極高，占用空間小，能以簡單的(de)電路得(de)到預(yu)期的(de)精(jing)度(du)，因(yin)此貼(tie)片NTC熱(re)敏電阻(zu)非常適合(he)作(zuo)為(wei)溫(wen)度傳感器放(fang)在基板(ban)上要測量的位(wei)置(zhi)，來實(shi)現對基板(ban)的溫(wen)度監控(kong)。

圖1. 貼片NTC熱(re)敏電(dian)阻產品圖

同時(shi)貼片NTC熱敏電阻的生(sheng)產工藝成熟，新品研發(fa)周(zhou)期短(duan)，可(ke)大量(liang)生(sheng)產具有不同特(te)性的很多產品，增(zeng)加相應(ying)的生(sheng)產設備就可(ke)擴(kuo)大產能和實現微型化，從而很容易降(jiang)低成本。

貼片NTC熱敏電阻的其他魅(mei)力

下(xia)圖(tu)是使用了貼片NTC熱敏電(dian)阻的溫(wen)度檢測電(dian)路的例(li)子。

圖2. 貼片NTC熱敏(min)電阻(zu)溫度檢(jian)測(ce)電路實(shi)例

將貼片(pian)NTC熱敏電阻和貼片電阻串聯，施加恒定電壓。這時的分壓與貼片(pian)NTC熱敏電阻的溫度的關系如圖3所示(shi)。

圖3. 分壓電(dian)壓 (Vout) 的溫(wen)度特性

在(zai)較寬的溫度(du)范圍內可以獲(huo)得非常大的電壓(ya)(ya)變化，這種電壓(ya)(ya)變化作(zuo)為溫度(du)信息(xi)來處(chu)理。從(cong)而(er)在(zai)溫度(du)超出(chu)閾值時發出(chu)警(jing)示。

值得注意的(de)是，圖2中電壓(ya)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(dian)阻是少數不需要放大器(qi)的傳(chuan)感器(qi)。

這(zhe)里考慮一下(xia)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(xiang)微機(ji)內的ADC供(gong)給的電(dian)壓相同(tong)，并且(qie)ADC的輸入范圍為0V~3V。如(ru)果ADC的分辨(bian)率為10位，則量化單元(LSB: Least Significant Bit) 變為大約(yue)3mV。

另(ling)外，在與圖(tu)3相同的溫度范圍，即(ji)-20℃～+85℃下，能夠得到的單(dan)位溫度的電壓變化(增益)如圖4所(suo)示。即使在增(zeng)益最小的(de)溫度范(fan)圍(wei)的(de)上(shang)限和下限，也可以獲得約10 mV/℃的增益。此時，1LSB相當于約0.3℃。即使安(an)裝(zhuang)在微型計算機(ji)中的10位ADC也可以預期約(yue)0.3℃的溫度分辨率。當然，在室溫附近(jin)存(cun)在30mV/℃以上(shang)的增益，因此1LSB為(wei)0.1℃以下。

圖4. 單(dan)位溫(wen)度的(de)電(dian)壓變化(增(zeng)益)

使用配備有微型計算機的(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熱敏電阻廣泛用于電子設備溫度(du)檢測的主要(yao)原(yuan)因。

簡單電(dian)路&高精度(du)溫度(du)測定(ding)

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

再(zai)看一下圖3。該圖(tu)是使用電阻(zu)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(suo)示。

圖5. 對圖3中Vout誤(wu)差溫度進行換算

結果顯示(shi)，在(zai)+60℃下產生(sheng)約±1℃的誤差，在+85℃下產生約±1.5℃的誤差。為(wei)了監測(ce)電子(zi)設備(bei)內部(bu)的溫(wen)(wen)度(du)，例如基板溫(wen)(wen)度(du)，可以預期(qi)足(zu)夠(gou)可靠(kao)的溫(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熱敏電(dian)阻(zu)的(de)高(gao)性價(jia)比也就(jiu)不言(yan)而喻了。

恭成科技擁有先進的貼(tie)片NTC熱(re)敏電(dian)阻(zu)生產(chan)工(gong)藝平(ping)臺，成熟(shu)、靈活的(de)配方(fang)體系，可根(gen)據客(ke)戶需求快速研發新規(gui)格、高(gao)精度、高(gao)可靠性的(de)優質產(chan)品，幫(bang)助(zhu)5G時代的(de)電子(zi)設備精準監測溫度。

恭成(cheng)科(ke)技(ji)技(ji)術部(bu)