集成溫度傳感器
集成溫度傳感器是目前筆記本電腦普遍采用的溫度傳感器，具有精確度高、響應(yīng)速度快、體積小、功耗低、軟件界面控制方便等優(yōu)點(diǎn)。圖4為典型集成溫度傳感器框圖。溫度檢測的主要機(jī)制為集成溫度傳感器內(nèi)部的電流源和ADC，集成溫度傳感器的工作原理是利用半導(dǎo)體PN結(jié)正向壓降在不同的溫度下具有不同導(dǎo)通壓降的特性進(jìn)行溫度測量的。由半導(dǎo)體PN結(jié)伏-安特性曲線：
ID：二極管的正向電流，IS：二極管的反向飽和電流，VD：二極管的正向壓降。
n：二極管的理想因素(一般約為1)，k：波爾茲曼常數(shù) (1.38×10-23 joules/K)。
T：絕對溫度K，q：一個(gè)電子的電荷 (1.6×10-19 C)
因?yàn)?img src="http://www.icembed.com/UploadFiles/200633110311112.jpg" onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;" onload="javascript:if(this.width>600)this.style.width='600px';" border="0" />，因此我們可以將式 (2) 簡化為
集成溫度傳感器內(nèi)部的電流源會(huì)送出二個(gè)不同的電流，ADC在不同電流時(shí)讀出不同的二極管正向壓降。也就是當(dāng)電流源送出高電流IDH時(shí)，ADC讀數(shù)VDH。IDH和VDH的關(guān)系式為
當(dāng)電流源送出低電流IDL時(shí)，ADC讀數(shù)VDL。IDL和VDL的關(guān)系式為
將 (4) 式除以 (5) 式，可得到
將 (6) 式二邊取對數(shù)并作整理，我們可以得到
由于n、k和q為常數(shù)，而IDH和IDL由溫度傳感器內(nèi)部產(chǎn)生，因此由VDH和VDL的變化量我們就可以測出溫度。
遠(yuǎn)程二極管測量回路雜散電阻的影響
實(shí)際應(yīng)用中，用于遠(yuǎn)程溫度檢測的二極管位于CPU或圖形處理芯片內(nèi)部，二極管內(nèi)阻及印刷電路板的寄生電阻會(huì)影響遠(yuǎn)程溫度測量的準(zhǔn)確度。假設(shè)遠(yuǎn)程二極管測量回路的等效寄生電阻為RP，當(dāng)電流源送出高電流IDH時(shí)，ADC實(shí)際讀到的電壓VADC_H為:
當(dāng)電流源送出低電流IDL時(shí)，ADC實(shí)際讀到的電壓VADC_L為
將 (8) 式和 (9) 式代入 (7) 式，我們可得到
由 (11) 式所得到的結(jié)果，當(dāng) (IDH – IDL)․RP 愈大時(shí)，溫度檢測誤差愈大。在此，我們以MAX6642為例，k、q、n由CPU內(nèi)部溫度檢測二極管決定，n ≈ 1.0080，由MAX6642的規(guī)格書可知：IDH =100uA、IDL =10uA，將這些參數(shù)代入 (11) 式，可得：
IDH、IDL的單位為mA，RP的單位為歐姆。在這個(gè)例子中，1歐姆的雜散電阻將造成0.45oK的溫度測量誤差。若IDH =200uA，IDL =20uA，則1歐姆的雜散電阻將造成0.9oK的溫度測量誤差。RP的大小與遠(yuǎn)程檢測二極管和印刷電路板的布線有關(guān)，印刷電路板布線必須盡可能降低印刷電路板銅箔所產(chǎn)生的寄生電阻。通常，遠(yuǎn)程二極管測量回路所造成的寄生電阻可能高達(dá)3至4歐姆。(IDH – IDL) 的大小則和集成溫度傳感器有關(guān)，不同的集成溫度傳感器具有不同的 (IDH – IDL) ，在集成溫度傳感器的選擇上，選擇小的 (IDH – IDL)有助于降低寄生電阻造成的溫度測量誤差。
此外，由前面的分析結(jié)果得知，1mV的電壓變化大約等效為5oK的溫度變化，因此，印刷電路板的布線對溫度檢測的準(zhǔn)確度有很大影響。一般溫度傳感器IC的電源輸入端均有一個(gè)RC低通濾波器，用以防止高頻噪聲的影響。在印刷電路板零件擺放時(shí)，RC濾波器應(yīng)該盡量放在靠近溫度傳感器IC電源輸入引腳的附近。另外，溫度傳感器IC應(yīng)盡量放在靠近溫度檢測二極管的位置。對于差分(DXP、DXN) 連接遠(yuǎn)程溫度二極管的布線一定要采用平行走線，同時(shí)這兩條平行布線要彼此靠近，并盡量遠(yuǎn)離磁性組件、高壓信號(hào)，避免高速信號(hào)的干擾。不當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒宀季�可能導(dǎo)致30oK以上的溫度檢測誤差。
應(yīng)用實(shí)例
圖5為筆記本電腦普遍使用的一種溫度控制方案。溫度傳感器IC通過SMBus接口連接到筆記本電腦的嵌入式微控制器，由于溫度傳感器IC與嵌入式微控制器之間為數(shù)字接口，因此溫度傳感器IC在位置上可以遠(yuǎn)離嵌入式微控制器而不會(huì)有噪聲干擾問題。MAX6649同時(shí)內(nèi)置一個(gè)本地溫度傳感器和用于連接遠(yuǎn)端二極管的差分接口。MAX6649的IDH =100uA，IDL =10uA，高精度、小電流的電流源可減小因雜散電阻所產(chǎn)生的測量誤差。差分輸入有助于降低噪聲干擾。圖5所示電路，溫度傳感器IC只負(fù)責(zé)溫度檢測，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制由嵌入式微控制器完成，由軟件實(shí)現(xiàn)。為了避免軟件控制的死機(jī)問題，MAX6649還集成了保護(hù)功能，當(dāng)溫度到達(dá)第一個(gè)高溫臨界點(diǎn)時(shí)，MAX6649 ALERT可發(fā)出中斷請求，要求嵌入式微控制器進(jìn)行相應(yīng)的處理，例如對處理器進(jìn)行降頻；如果上述對策仍無法有效抑制溫度的上升，當(dāng)溫度達(dá)到第二高溫臨界點(diǎn)時(shí)，MAX6649 OVERT可以用來控制系統(tǒng)的第二個(gè)風(fēng)扇或?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制關(guān)機(jī)。圖5具有低成本、高精度、使用彈性大等優(yōu)點(diǎn)，但在軟件的設(shè)計(jì)上需花費(fèi)較多的功夫。
