恭(gong)成科技技術部

隨著5G技術在各(ge)種設(she)備被廣泛應用，5G時代終于真正到來。5G區別于早期的2G、3G和4G移動通信的關鍵是：

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(yi)動性(xing)下，用戶(hu)體驗速率達到(dao)100Mbit/s。

3.系統協同化(hua)，智能化(hua)水平(ping)提升，表現為(wei)多用戶，多點，多天線，多攝取的協同組網，以(yi)及網絡間靈(ling)活地自動調整。

以(yi)上特點都(dou)使得5G設(she)備中相(xiang)關部件(jian)的負載(zai)增加，發熱(re)源也增加，多個發熱(re)源間還會相(xiang)互(hu)影響傳熱(re)，以往對(dui)單一發熱(re)源采取的措施，可(ke)能并不適用于同時處理5G電子設備(bei)中多個功能(neng)熱點的(de)狀態(tai)。

基于上述背(bei)景，監測基板(ban)上多(duo)個功(gong)能熱點的溫度，并根據電子設備(bei)的復雜功(gong)能去(qu)控制(zhi)作為發熱源部件性能變得尤(you)為重要(yao)。

比(bi)如，當CPU加載很大的應用程序時，初始(shi)階段溫度較低(di)以全功率運行。若(ruo)CPU溫度升高，則性(xing)能會降低，且(qie)不能超過閾值溫度控(kong)制(zhi)。此時，若向CPU供電的電源部分的發(fa)熱很大，且CPU能夠接收到來自電源部(bu)件(jian)的發熱，則CPU的溫度可能急(ji)劇上升。要(yao)同時考慮CPU周圍和(he)電源IC周圍的溫度，就有必要更精細地(di)控制(zhi)每個器件(jian)的性能。

在基(ji)板上對器件進(jin)行(xing)溫度控制的同時，還需注意(yi)的是：由(you)于(yu)發熱(re)器件持續(xu)產生(sheng)熱(re)量，可能需要(yao)最終的過(guo)熱(re)保(bao)護——例如顯示警告或切換至關(guan)閉(bi)狀態等。

基板上(shang)需要考慮每個發熱源和IC、模塊(kuai)的(de)內部溫(wen)(wen)度(du)，還需要考慮彼此的(de)熱交(jiao)換和(he)放置電子(zi)設備(bei)的(de)周圍(wei)環(huan)境的(de)溫(wen)(wen)度(du)變(bian)化(hua)。只(zhi)有監(jian)控發(fa)熱源周圍(wei)的(de)溫(wen)(wen)度(du)，才可進(jin)行(xing)上述提(ti)到的(de)溫(wen)(wen)度(du)管理(li)。

貼片(pian)NTC熱敏(min)電阻(zu)因和相同(tong)EIA尺寸標(biao)準的(de)(de)片式電阻、電容、電感(gan)等一樣(yang)適(shi)合表面貼裝(zhuang)，配(pei)置自由度(du)極(ji)高，占用(yong)空間小，能以簡(jian)單(dan)的(de)(de)電路得到預期的(de)(de)精度(du)，因此貼片NTC熱敏電阻非常(chang)適合作為溫度傳感(gan)器放在(zai)基板上要測量的位(wei)置，來實現對基板的溫度監(jian)控。

圖(tu)1. 貼(tie)片NTC熱敏電阻產品(pin)圖

同時(shi)貼片NTC熱(re)敏電阻的(de)生(sheng)(sheng)產(chan)工藝成熟，新品(pin)研(yan)發周(zhou)期短，可大量生(sheng)(sheng)產(chan)具有(you)不(bu)同特(te)性(xing)的(de)很多產(chan)品(pin)，增(zeng)加(jia)相應(ying)的(de)生(sheng)(sheng)產(chan)設(she)備(bei)就可擴大產(chan)能和實現微型化(hua)，從而很容易降低成本。

貼(tie)片NTC熱敏(min)電阻的其他(ta)魅(mei)力(li)

下圖(tu)是使用了貼(tie)片NTC熱敏電阻的(de)溫度檢測(ce)電路的(de)例子。

圖2. 貼片NTC熱敏電阻溫度(du)檢(jian)測(ce)電路實例

將貼(tie)片NTC熱敏電阻和貼(tie)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(guan)系如圖3所示。

圖3. 分壓電(dian)壓 (Vout) 的(de)溫度特性

在(zai)較(jiao)寬的溫(wen)度(du)范圍(wei)內可以(yi)獲得非常大的電壓(ya)變(bian)化，這種(zhong)電壓(ya)變(bian)化作為溫(wen)度(du)信息來(lai)處理。從(cong)而在(zai)溫(wen)度(du)超(chao)出閾值時發出警示。

值得注(zhu)意的(de)是，圖(tu)2中電壓變(bian)化很大，但(dan)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。而貼片NTC熱敏(min)電阻是少數不(bu)需要放大器(qi)的傳感器(qi)。

這(zhe)里(li)考慮(lv)一下ADC的分辨(bian)率。如(ru)圖2所示，假設施加至貼片NTC熱敏電(dian)阻的電(dian)壓與向(xiang)微機內的ADC供給(gei)的電壓(ya)相同，并且ADC的輸入范圍為0V~3V。如(ru)果ADC的分辨率(lv)為10位，則(ze)量(liang)化單元(yuan)(LSB: Least Significant Bit) 變為大約(yue)3mV。

另外，在與圖3相同的溫度范圍，即-20℃～+85℃下(xia)，能夠(gou)得(de)到(dao)的單位溫度的電壓變化(hua)(增益)如圖(tu)4所示。即使在增(zeng)益最小的溫(wen)度范圍的上限(xian)和下限(xian)，也可以獲得約10 mV/℃的增益。此時，1LSB相當于約0.3℃。即使安裝(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(fen)辨率(lv)。當(dang)然，在室溫(wen)附近存(cun)在30mV/℃以上的增益，因此1LSB為0.1℃以下。

圖(tu)4. 單位溫度的電壓變(bian)化(增益(yi))

使用配備有(you)微(wei)型計算機(ji)的標準(zhun)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(re)敏電(dian)阻(zu)廣泛用于電(dian)子設備溫度檢測的主要原因。

簡(jian)單電路&高精度(du)(du)溫(wen)度(du)(du)測定

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

再看一下(xia)圖3。該(gai)圖是(shi)使用電阻(zu)值(zhi)公差±1%的貼(tie)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(dui)圖3中Vout誤差溫度進行換(huan)算

結果顯示，在+60℃下產生約±1℃的(de)誤差，在+85℃下產生約±1.5℃的(de)誤差。為了監測(ce)電子設(she)備(bei)內部的(de)溫(wen)度，例(li)如基板溫(wen)度，可以預期(qi)足夠(gou)可靠的(de)溫(wen)度測(ce)量(liang)精度。

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(pian)NTC熱敏電阻的高性(xing)價比也(ye)就(jiu)不言而(er)喻了(le)。

恭成科技擁有先進的貼(tie)片(pian)NTC熱敏電阻生產工藝平(ping)臺，成熟、靈活的(de)配方體(ti)系，可(ke)(ke)根據客戶需(xu)求快(kuai)速(su)研發新(xin)規格、高精度、高可(ke)(ke)靠性(xing)的(de)優質產品(pin)，幫(bang)助5G時代的電子設備(bei)精(jing)準監測(ce)溫度。

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