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貼片NTC熱敏電阻在5G電子設備中的應用

發(fā)布時間:2020-11-24 08:30:52 瀏覽次數(shù):502

恭成科技技術部

隨著5G技術在各種設備被廣泛應用,5G時代終於真正到來。5G區(qū)別於早期的2G、3G4G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、虛擬實境等大資料量傳輸和自動駕駛、遠端醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)通信等即時應用;

2.連續(xù)廣域覆蓋和高移動性下,使用者體驗速率達到100Mbit/s。

3.系統(tǒng)協(xié)同化,智慧化水準提升,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)路間靈活地自動調(diào)整。

以上特點都使得5G設備中相關部件的負載增加,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)熱源採取的措施,可能並不適用於同時處理5G電子設備中多個功能熱點的狀態(tài)。

基於上述背景,監(jiān)測基板上多個功能熱點的溫度,並根據(jù)電子設備的複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CPU載入很大的應用程式時,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,就有必要更精細地控制每個器件的性能。

在基板上對器件進行溫度控制的同時,還需注意的是:由於發(fā)熱器件持續(xù)產(chǎn)生熱量,可能需要最終的過熱保護——例如顯示警告或切換至關閉狀態(tài)等。

基板上需要考慮每個發(fā)熱源和IC、模組的內(nèi)部溫度,還需要考慮彼此的熱交換和放置電子設備的周圍環(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尺寸標準的片式電阻、電容、電感等一樣適合表面貼裝,配置自由度極高,佔用空間小,能以簡單的電路得到預期的精度,因此貼片NTC熱敏電阻非常適合作為溫度感測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。

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1. 貼片NTC熱敏電阻產(chǎn)品圖

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同時貼片NTC熱敏電阻的生產(chǎn)工藝成熟,新品研發(fā)週期短,可大量生產(chǎn)具有不同特性的很多產(chǎn)品,增加相應的生產(chǎn)設備就可擴大產(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。

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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係如圖3所示。

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3. 分壓電壓 (Vout) 的溫度特性

在較寬的溫度範圍內(nèi)可以獲得非常大的電壓變化,這種電壓變化作為溫度資訊來處理。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。不限於溫度感測器,通常來自電子裝置中使用的感測器的信號非常微弱,並且需要一些信號放大器。而貼片NTC熱敏電阻是少數(shù)不需要放大器的感測器。

這裡考慮一下ADC的解析度。如圖2所示,假設施加至貼片NTC熱敏電阻的電壓與向微機內(nèi)的ADC供給的電壓相同,並且ADC的輸入範圍為0V~3V。如果ADC的解析度為10位元,則量化單元(LSB: Least Significant Bit) 變?yōu)榇蠹s3mV。

另外,在與圖3相同的溫度範圍,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範圍的上限和下限,也可以獲得約10 mV/℃的增益。此時,1LSB相當於約0.3℃。即使安裝在微型電腦中的10位元ADC也可以預期約0.3℃的溫度解析度。當然,在室溫附近存在30mV/℃以上的增益,因此1LSB0.1℃以下。

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4. 單位溫度的電壓變化(增益)

使用配備有微型電腦的標準ADC,可以通過簡單的電路輕鬆形成溫度檢測電路。這是貼片NTC熱敏電阻廣泛用於電子設備溫度檢測的主要原因。


簡單電路&高精度溫度測定


那麼,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線根據(jù)部件的最大公差等計算的電壓的上下限值進行繪圖。由於幾乎看不到差,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。

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5. 對圖3Vout誤差溫度進行換算

結果顯示,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)測電子設備內(nèi)部的溫度,例如基板溫度,可以預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。

恭成科技擁有國際先進的貼片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,説明5G時代的電子設備精準監(jiān)測溫度。


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