貼片NTC熱敏電阻在5G電子設備中的應用

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區別於早期的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、虛擬實境等大資料量傳輸和自動駕駛、遠端醫療、物聯網通信等即時應用；

2.連續廣域覆蓋和高移動性下，使用者體驗速率達到100Mbit/s。

3.系統協同化，智慧化水準提升，表現為多用戶，多點，多天線，多攝取的協同組網，以及網路間靈活地自動調整。

以上特點都使得5G設備中相關部件的負載增加，發熱源也增加，多個發熱源間還會相互影響傳熱，以往對單一發熱源採取的措施，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。

基於上述背景，監測基板上多個功能熱點的溫度，並根據電子設備的複雜功能去控制作為發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熱很大，且CPU能夠接收到來自電源部件的發熱，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：由於發熱器件持續產生熱量，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等。

基板上需要考慮每個發熱源和IC、模組的內部溫度，還需要考慮彼此的熱交換和放置電子設備的周圍環境的溫度變化。只有監控發熱源周圍的溫度，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，來實現對基板的溫度監控。

圖1. 貼片NTC熱敏電阻產品圖

同時貼片NTC熱敏電阻的生產工藝成熟，新品研發週期短，可大量生產具有不同特性的很多產品，增加相應的生產設備就可擴大產能和實現微型化，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。

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，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。

圖3. 分壓電壓 (Vout) 的溫度特性

在較寬的溫度範圍內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) 變為大約3mV。

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。

圖5. 對圖3中Vout誤差溫度進行換算

結果顯示，在+60℃下產生約±1℃的誤差，在+85℃下產生約±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。

使用簡單的元器件和電路就可以實現高精度的溫度測量，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熱敏電阻生產工藝平臺，成熟、靈活的配方體系，可根據客戶需求快速研發新規格、高精度、高可靠性的優質產品，説明5G時代的電子設備精准監測溫度。

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