自進入IC設計時代


，集成電路（IC）溫度傳感器不經意就成為器件設計的一部分。IC設計人員曆經波折
，試圖將溫度對芯片係統的影響減到最小。峰回路轉，一位IC設計師突然有了一個絕妙的想法：何不積極開拓利用有源電路p-njiedewenduxingwei，erbushijuxianyujiaojinnaozhijiangqiyingxiangzuixiaohua。erjiangshuzigongnengjichengdaotongyixinpiandeshejishigengshinaodongdakai
，zhengshitamenyunyuchumuqiandewenduchuanganqiIC。

 

集成的溫度傳感器可以輕鬆解決-55至200ºC溫度範圍內的大部分溫度感測難題。

 

 

溫度傳感器IC的輸入是環境溫度。換句話說
，封裝周圍的環境溫度會改變內部晶體管的行為（圖1）。

 

 

圖1：這一概念電路顯示了匹配的晶體管如何檢測溫度。

 

溫度感應設計通過巧妙的配置和計算來消除晶體管飽和電流（IS）的影響。使用恒流源（IC）以及晶體管和等同晶體管陣列之間的開關很容易控製飽和電流。在圖1中，我們看到VBE 和VBE(N)之間的差是如何輕鬆對應溫度變化的。 公式（1）顯示了晶體管基極-發射極電壓VBE的值。

 

 

公式（ 1）

 

其中：

 

k是玻耳茲曼常數，等於1.38×10-23J/K；

 

q等於1.6021765×10-19C；

 

T是以K為單位的溫度。

 

公式（2）顯示了許多並聯晶體管的基極-發射極的VBE(N)值。

 

 

公式（2）

 

如果將電流源IC從一條引腳切換到另一條引腳
，則公式（3）顯示了這兩個基極-發射極電壓之間的差。

 

 

公式（3）

 

通過計算
，得出：

 

CONSTANT=k × ln(N)/q 或86.25×10-6 × ln(N)。

 

從概念上講
，它讓你知道如何在IC級快速測量溫度。對圖1中的電路做少許改進，IC溫度感測精度可高達±0.4ºC。

 

 

現在我們有了準確的溫度讀數，如何向外界呈現此最終數值很重要。顯示溫度數據有兩種基本方法：模擬電壓或數字值。

 

模擬電壓輸出非常容易讀取。使用適當的溫度感應裝置
，你可以捕獲模擬信號
，將其轉換為數字表示或回饋到電路中的某個點。

 

溫度傳感器的數字輸出能力更有趣，有許多輸出類型可選，但主要是1線、2線或3線輸出。

 

1線數字輸出可提供脈寬調製（PWM）的脈衝計數信號或簡單的閾值/開關信號。這兩種信號在風扇控製電路中都很有用。2線數字輸出提供I2C或SMBus信號。數字結果是內部模數轉換器的副產品。你還可以看到代表閾值溫度和可能的錯誤條件的數字輸出。3線數字輸出提供一個SPI接口。

 

 

每(mei)個(ge)產(chan)品(pin)都(dou)有(you)從(cong)粗(cu)陋(lou)到(dao)精(jing)細(xi)的(de)發(fa)展(zhan)過(guo)程(cheng)
，溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)列(lie)也(ye)在(zai)不(bu)斷(duan)改(gai)進(jin)。該(gai)產(chan)品(pin)係(xi)列(lie)接(jie)下(xia)來(lai)將(jiang)在(zai)器(qi)件(jian)封(feng)裝(zhuang)的(de)尺(chi)寸(cun)上(shang)有(you)巨(ju)大(da)突(tu)破(po)。最(zui)新(xin)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)件(jian)的(de)外(wai)殼(ke)采(cai)用(yong)晶(jing)圓(yuan)級(ji)封(feng)裝(zhuang)（WLP）。

 

1998年
，桑迪亞國家實驗室和富士通開發了WLP。該封裝在切割工藝之前，已完成晶圓級製造
，其組裝以標準的表麵貼裝技術（SMT）實現。

 

這種封裝技術帶來了超小型封裝外形和低θ結-環境值。這一代溫度傳感器的尺寸使采用標準0603封裝的標準0.1μF電容相形見絀（圖2）。

 

 

圖2：WLP溫度傳感器（U1/MAX31875）尺寸比SMT的0.1μF電容（C1）小。

 

 

因為新封裝尺寸小，你可以將溫度傳感器任意放置在PCB上，就像你做晚餐時撒鹽和胡椒麵一樣。最新一代的溫度傳感器可以在僅占0.76mm2 PCB麵積的封裝內實現±0.4ºC的精度。那麼，明天上什麼菜？

 

 

 

 

 

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