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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(shí)間:2020-05-25 09:57:58 瀏覽次數:1623

    恭成科技技術(shù)部

    隨著(zhù)5G技術(shù)在各種設備被廣泛應用,5G時(shí)代終于真正到來(lái)。5G區別于早期的2G、3G4G移動(dòng)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(mǎn)足高清圖像、視頻、虛擬現實(shí)等大數據量傳輸和自動(dòng)駕駛、遠程醫療、物聯(lián)網(wǎng)通信等實(shí)時(shí)應用;

    2.連續廣域覆蓋和高移動(dòng)性下,用戶(hù)體驗速率達到100Mbit/s。

    3.系統協(xié)同化,智能化水平提升,表現為多用戶(hù),多點(diǎn),多天線(xiàn),多攝取的協(xié)同組網(wǎng),以及網(wǎng)絡(luò )間靈活地自動(dòng)調整。

    以上特點(diǎn)都使得5G設備中相關(guān)部件的負載增加,發(fā)熱源也增加,多個(gè)發(fā)熱源間還會(huì )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(shí)處理5G電子設備中多個(gè)功能熱點(diǎn)的狀態(tài)。

    基于上述背景,監測基板上多個(gè)功能熱點(diǎn)的溫度,并根據電子設備的復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加載很大的應用程序時(shí),初始階段溫度較低以全功率運行。若CPU溫度升高,則性能會(huì )降低,且不能超過(guò)閾值溫度控制。此時(shí),若向CPU供電的電源部分的發(fā)熱很大,且CPU能夠接收到來(lái)自電源部件的發(fā)熱,則CPU的溫度可能急劇上升。要同時(shí)考慮CPU周?chē)碗娫?/span>IC周?chē)臏囟?,就有必要更精細地控制每個(gè)器件的性能。

    在基板上對器件進(jìn)行溫度控制的同時(shí),還需注意的是:由于發(fā)熱器件持續產(chǎn)生熱量,可能需要最終的過(guò)熱保護——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(gè)發(fā)熱源和IC、模塊的內部溫度,還需要考慮彼此的熱交換和放置電子設備的周?chē)h(huán)境的溫度變化。只有監控發(fā)熱源周?chē)臏囟?,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,占用空間小,能以簡(jiǎn)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傳感器放在基板上要測量的位置,來(lái)實(shí)現對基板的溫度監控。

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    1. 貼片NTC熱敏電阻產(chǎn)品圖

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    同時(shí)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,增加相應的生產(chǎn)設備就可擴大產(chǎn)能和實(shí)現微型化,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(shí)例

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

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    3. 分壓電壓 (Vout) 的溫度特性

    在較寬的溫度范圍內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(lái)處理。從而在溫度超出閾值時(shí)發(fā)出警示。

    值得注意的是,圖2中電壓變化很大,但在AD轉換器(ADC)之前卻沒(méi)有使用放大器。不限于溫度傳感器,通常來(lái)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,假設施加至貼片NTC熱敏電阻的電壓與向微機內的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(shí),1LSB相當于約0.3℃。即使安裝在微型計算機中的10ADC也可以預期約0.3℃的溫度分辨率。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)

    使用配備有微型計算機的標準ADC,可以通過(guò)簡(jiǎn)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檢測的主要原因。

    簡(jiǎn)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%貼片NTC熱敏電阻和貼片電阻時(shí)的電壓溫度特性。對得到的電壓的中心值和細線(xiàn)根據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(shí)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(jìn)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。為了監測電子設備內部的溫度,例如基板溫度,可以預期足夠可靠的溫度測量精度。

    使用簡(jiǎn)單的元器件和電路就可以實(shí)現高精度的溫度測量,貼片NTC熱敏電阻的高性?xún)r(jià)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,可根據客戶(hù)需求快速研發(fā)新規格、高精度、高可靠性的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,幫助5G時(shí)代的電子設備精準監測溫度。


    恭成科技技術(shù)部

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