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温度传感器为各种电子设备“保驾护航”

2019-07-03 08:37:35

温度传感器应用于电子产业已有多年,它们功能广泛,可以在温度过高时关断系统,也可以在高精度设计中提供温度校准功能,或者显示实时温度数据。在过去十年里,市场对于更高性能和更紧凑设计的需求日益高涨,这促使人们不断开发高性能数字器件如CPU、ASIC和GPU,以及消耗大量功率的系统的设计。

 

而这些设计对于热管理提出了新的需求。人们对简化系统设计、减少芯片周边元件数量和提高产品智能化水平的要求促使厂商们竞相开发各种基于硅的温度传感器。近年来,市面上不断出现各种硅温度传感器产品,并迅速在各种应用领域得到采用。

 

硅温度传感器的几种类型

 

温度传感器利用半导体材料各种属性的可预测性,通过测量一个双极二极管的电压工作。我们一般根据其输出信号的不同来对其进行分类,目前主要有电压、逻辑和(多位)数字输出等几种方式,不过现在越来越流行的趋势是利用另外集成了一部分信号调节电路的器件。

 

电压输出(或者模拟)温度传感器工作方式与电热调节器非常相似,它们提供一个与温度成比例的电压输出。当需要电压与温度呈线性关系的时候,采用硅温度传感器就优于电热调节器,因为它无需采用一个外部线性化电路,以及在许多情况下需要的运算放大器。

 

模拟温度传感器具有不同的输出范围和偏移,它的输出信号可以输入一个比较器之中并生成一个过温指示,或者直接输入到一个模数转换器(ADC)以实时显示温度数据。模拟温度传感器适用于要求低成本、小尺寸和低功耗的应用。

 

另一种类型的硅温度传感器是温度开关或者逻辑输出温度传感器。当测得温度高于(或低于)所规定的界限时,这种器件就发出一个逻辑信号??氐憧梢栽诠こФ云浔喑?,也可以通过外部电阻设定。这种器件提供简单的逻辑电平输出,可以简化设计和降低成本。温度开关的典型应用是以下系统:需要简单的过温或者欠温指示(温度报警)以关断系统、开启风扇或者启动一个加热器(自动调温器控制)等。

 

对于更复杂、更精确和更高分辨率的需求,促使人们开发出了数字温度传感器。这些产品最初用于计算设备,但被迅速推广至许多其它应用领域。典型应用包括:网络设备中需要对高性能FPGA或者CPU进行温度监测,以防温度过高;带有硬盘的设备,因为极端温度可能导致读出错误和数据丢失。

 

数字温度传感器大行其道

 

数字温度传感器不需要其它外部元件就能直接获得温度读数。它们之所以能够做到这点,是因为它们采用了节省空间的封装,把所有必要的功能性??槎技稍谝黄?。这些器件中的数字接口的主要优点在于提高了温度控制回路的性能水平,以及采用软件控制,可以在系统硬件或者热属性发生改变时方便地进行升级。

 

数字温度传感器目前采用各种不同的产业标准通讯协议。业内的主要趋势是开发具有较低温度误差和较高温度分辨率的传感器。这两种属性使系统更精确地监测温度环境,同时探测非常小的温度变化。这样的性能允许系统迅速响应,因而保证了较高的可靠性和热?;?。

 

除了通过数字接口向微控制器或者逻辑芯片报告温度读数以外,许多器件还能够接收从微控制器发来的指令。这些指令通常是温度界限,如果超过这些限度,它就激活温度传感器芯片上的数字信号,中断微控制器或者微处理器。采用这种方式,当温度升向危险水平时,甚至在软件锁?。ㄎ薹ㄍㄑ叮┗谟布男藕攀币材芷舳低扯?。然后微控制器能够调节风扇速度或者降低微处理器的速度,以使温度处于控制之中。

 

目前可以采用几种温度传感器来实现温度测量设计。对最终应用进行初步评价,包括其用途和要求,可以大大降低选择的难度。为具体应用选择温度传感器的输出(类型),取决于微控制器硬件和软件资源,以及传感器电路的复杂性。了解最流行的温度传感器芯片类型之间的差异,可以帮助人们为具体的应用选择理想的产品,从而提高系统性能和缩短产品开发周期。

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