貼片NTC熱敏電阻在5G電子設(shè)備中的應(yīng)用
發(fā)布時間:2020-05-25 09:57:58 瀏覽次數(shù):1695
恭成科技技術(shù)部
隨著5G技術(shù)在各種設(shè)備被廣泛應(yīng)用,5G時代終于真正到來。5G區(qū)別于早期的2G、3G和4G移動通信的關(guān)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(xiàn)實等大數(shù)據(jù)量傳輸和自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)通信等實時應(yīng)用;
2.連續(xù)廣域覆蓋和高移動性下,用戶體驗速率達(dá)到100Mbit/s。
3.系統(tǒng)協(xié)同化,智能化水平提升,表現(xiàn)為多用戶,多點,多天線,多攝取的協(xié)同組網(wǎng),以及網(wǎng)絡(luò)間靈活地自動調(diào)整。
以上特點都使得5G設(shè)備中相關(guān)部件的負(fù)載增加,發(fā)熱源也增加,多個發(fā)熱源間還會相互影響傳熱,以往對單一發(fā)熱源采取的措施,可能并不適用于同時處理5G電子設(shè)備中多個功能熱點的狀態(tài)。
基于上述背景,監(jiān)測基板上多個功能熱點的溫度,并根據(jù)電子設(shè)備的復(fù)雜功能去控制作為發(fā)熱源部件性能變得尤為重要。
比如,當(dāng)CPU加載很大的應(yīng)用程序時,初始階段溫度較低以全功率運行。若CPU溫度升高,則性能會降低,且不能超過閾值溫度控制。此時,若向CPU供電的電源部分的發(fā)熱很大,且CPU能夠接收到來自電源部件的發(fā)熱,則CPU的溫度可能急劇上升。要同時考慮CPU周圍和電源IC周圍的溫度,就有必要更精細(xì)地控制每個器件的性能。
在基板上對器件進(jìn)行溫度控制的同時,還需注意的是:由于發(fā)熱器件持續(xù)產(chǎn)生熱量,可能需要最終的過熱保護(hù)——例如顯示警告或切換至關(guān)閉狀態(tài)等。
基板上需要考慮每個發(fā)熱源和IC、模塊的內(nèi)部溫度,還需要考慮彼此的熱交換和放置電子設(shè)備的周圍環(huán)境的溫度變化。只有監(jiān)控發(fā)熱源周圍的溫度,才可進(jìn)行上述提到的溫度管理。
貼片NTC熱敏電阻因和相同EIA尺寸標(biāo)準(zhǔn)的片式電阻、電容、電感等一樣適合表面貼裝,配置自由度極高,占用空間小,能以簡單的電路得到預(yù)期的精度,因此貼片NTC熱敏電阻非常適合作為溫度傳感器放在基板上要測量的位置,來實現(xiàn)對基板的溫度監(jiān)控。
圖1. 貼片NTC熱敏電阻產(chǎn)品圖
同時貼片NTC熱敏電阻的生產(chǎn)工藝成熟,新品研發(fā)周期短,可大量生產(chǎn)具有不同特性的很多產(chǎn)品,增加相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備就可擴大產(chǎn)能和實現(xiàn)微型化,從而很容易降低成本。
貼片NTC熱敏電阻的其他魅力
下圖是使用了貼片NTC熱敏電阻的溫度檢測電路的例子。
圖2. 貼片NTC熱敏電阻溫度檢測電路實例
將貼片NTC熱敏電阻和貼片電阻串聯(lián),施加恒定電壓。這時的分壓與貼片NTC熱敏電阻的溫度的關(guān)系如圖3所示。
圖3. 分壓電壓 (Vout) 的溫度特性
在較寬的溫度范圍內(nèi)可以獲得非常大的電壓變化,這種電壓變化作為溫度信息來處理。從而在溫度超出閾值時發(fā)出警示。
值得注意的是,圖2中電壓變化很大,但在AD轉(zhuǎn)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熱敏電阻是少數(shù)不需要放大器的傳感器。
這里考慮一下ADC的分辨率。如圖2所示,假設(shè)施加至貼片NTC熱敏電阻的電壓與向微機內(nèi)的ADC供給的電壓相同,并且ADC的輸入范圍為0V~3V。如果ADC的分辨率為10位,則量化單元(LSB: Least Significant Bit) 變?yōu)榇蠹s3mV。
另外,在與圖3相同的溫度范圍,即-20℃~+85℃下,能夠得到的單位溫度的電壓變化(增益)如圖4所示。即使在增益最小的溫度范圍的上限和下限,也可以獲得約10 mV/℃的增益。此時,1LSB相當(dāng)于約0.3℃。即使安裝在微型計算機中的10位ADC也可以預(yù)期約0.3℃的溫度分辨率。當(dāng)然,在室溫附近存在30mV/℃以上的增益,因此1LSB為0.1℃以下。
圖4. 單位溫度的電壓變化(增益)
使用配備有微型計算機的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備溫度檢測的主要原因。
簡單電路&高精度溫度測定
那么,使用普通貼片NTC熱敏電阻和電阻的溫度測量精度是多少?
再看一下圖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(xì)線根據(jù)部件的最大公差等計算的電壓的上下限值進(jìn)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. 對圖3中Vout誤差溫度進(jìn)行換算
結(jié)果顯示,在+60℃下產(chǎn)生約±1℃的誤差,在+85℃下產(chǎn)生約±1.5℃的誤差。為了監(jiān)測電子設(shè)備內(nèi)部的溫度,例如基板溫度,可以預(yù)期足夠可靠的溫度測量精度。
使用簡單的元器件和電路就可以實現(xiàn)高精度的溫度測量,貼片NTC熱敏電阻的高性價比也就不言而喻了。
恭成科技擁有先進(jìn)的貼片NTC熱敏電阻生產(chǎn)工藝平臺,成熟、靈活的配方體系,可根據(jù)客戶需求快速研發(fā)新規(guī)格、高精度、高可靠性的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,幫助5G時代的電子設(shè)備精準(zhǔn)監(jiān)測溫度。
恭成科技技術(shù)部
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