温度传感器芯片为系统提供可靠的保护

2004年7月B版

　　系统设计工程师开发电子产品时往往受到两方面的限制，使他们不得不审慎考虑系统的散热问题。其中一个限制是印刷电路板及机盒的大小及成本。由于产品越趋小巧，因此机盒内的气流较少，很难降低耗电量大而又敏感的半导体芯片的温度。性能是另一个方面限制，因为我们不断提高处理器、数字信号处理器(DSP)及控制器(MCU)的性能，但根据摩尔定律，处理器性能每提升一倍，功耗也相应增加一倍。由于受到这两方面的限制，因此电子产品很易在工作时积聚大量热能，令温度不断攀升，以致影响系统的可靠性，甚至功能能否充分发挥也会受到影响。以这两方面的问题来说，温度传感器芯片都可发挥关键性的保护作用。

建立热量控制系统模型

　　电路板及机盒的功能设计全部完成之后，我们便应立即建立热能控制系统的模型。图 1 的彩色绘图清楚显示出现在系统设计内的多个瓶颈地带，同时也让我们知道是否有必要加设主动式温度感测及控制装置 (参看图 1)。美国国家半导体的www.national.com/appinfo/webench/webtherm/网页载有这类建模工具的示例，全部都极有参考价值。需要保护的关键电路一经确定之后，便必须制定相关的保护策略。

保护策略

　　传统上，工程师都利用铜线或金属块作为散热器，以保护会耗散大量热能的芯片。这个方法仍然很受欢迎，但只局限于并不怎样计较产品轻重的系统。从热能管理的角度来看，计算机制造商其实有很多值得我们学习的地方。他们采用的保护计算机的方法也适用于其他电子产品，而事实上这些方法已被其他行业如电子游戏机及汽车电子系统业的制造商所广泛采用。以下是几个基本的保护方式：

　　有一点很重要，那就是采用塑胶封装的温度传感器芯片可在-55℃至 150℃的温度范围内操作。对于需要在 150℃至 180℃的高温范围内操作的先进系统来说，无封装的传感器裸粒仍可适用。

被动式保护

　　目前有几个保护系统的方法最具经济效益，例如适当降低功率的额定值、让空气自由流动以及采用散热器。为了确保产品性能可靠，符合集成电路制造商所作的保证，芯片本身的连接面温度必须不能超过数据表所列的数值 (约 150℃)。

　　电源管理芯片的数据表都将有关的方程式一一列出，让工程师可以利用降低功率额定值的方法计算散热器的大小。有关方程式已将芯片至封装、封装至散热器、以及空气对流等不同散热方面的热阻计算在内。

恒温控制芯片

　　采用恒温控制芯片可以避免电子产品因为产生大量热能而烧毁其中的电子零件，而且这是一个简单而又快捷的解决方法。恒温器芯片可将电子产品转入备用模式，甚至停止电源供应器的供电，或启动散热扇。例如，美国国家半导体的 LM26 及 LM27 温度传感器芯片属于成本效益非常高的恒温控制芯片，跳转点低至只有23℃，最高可达145℃，应用范围非常广泛。此外，这两款恒温控制芯片也有2℃或10℃两种滞后可供选择，以满足不同热滞后时间及热质量的不同要求。

数字温度传感器

　　数字温度传感器内置二极管传感电路、模拟数字转换器、寄存器及接口区块。8 位传感器的精确度可达