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基于片式NTC热敏电阻的5G设备温度监控

2020年,5G终于真正到来了。设计工程师们今朝异常关注的一个问题是,5G技巧在各类设备被广泛利用,是否会增添电子设备发烧风险?

5G设备中通信速率急剧增添,相关部件的负载也会增添。每个部件必须在单位光阴内处置惩罚的信息量也会急剧增添。

不仅如斯,占用大年夜量信息流量的图像和视频的清晰度将更高,而且摄像机的边缘处置惩罚信息量和速率也将增添。

此外,支持这些信息处置惩罚的电源中,对大年夜容量电池的快速充电是必弗成少的。

这些阐明电子装配内部将有更多发烧源。

而且,多个发烧源以繁杂要领事情的电子装配内,发烧源之间还会互相传热影响。以往对单一发烧源采取的一些步伐,可能并不适用于同时处置惩罚多个功能热点的状态。

监测基板温度的紧张性

基于上述背景,监测基板上多个位置的温度、并根据电子设备的繁杂功能去节制作为发烧源部件机能变得越来越紧张性。

例如,当履行处置惩罚器加载很大年夜的利用法度榜样时,处置惩罚器在温度较低的初始阶段以全功率运行。假如处置惩罚器温度升高,则机能会低落,且不能跨越阈值温度节制。此时,假如向处置惩罚器供电的电源部分的发烧很大年夜,并且处置惩罚器能够接管到来自电源部件的发烧,则处置惩罚器的温度就可能急剧上升。要同时斟酌处置惩罚器周围和电源IC周围的温度,就有需要更精细地节制每个器件的机能。

在基板长进行器件温度节制的同时还需留意,因为发烧器件持续孕育发生热量,可能必要终极的过热保护——例如显示警告或切换至关闭状态等。

基板上不仅必要斟酌每个发烧源,还要斟酌IC和模块的内部温度,以及斟酌彼此的热互换和放置电子设备的周围情况的温度变更。由于,假如不监测发烧源周围的温度,就弗成能进行上述提到的温度治理。

用片式NTC热敏电阻监控基板温度

这里选择的温度传感器是外面贴装型片式NTC热敏电阻。

图1. 片式NTC热敏电阻的尺寸和主要用途

片式热敏电阻的尺寸相符EIA标准,可以像相同标准的片式电阻或电容器一样轻松安装——在可以连接热敏电阻的部位经由过程外面贴装安装热敏电阻。

这类热敏电阻作为温度传感器应用,设置设置设备摆设摆设自由度异常高,只要经由过程将传感器放置在要丈量的位置来检测温度即可。

此外,片式NTC热敏电阻已经建立了各类批量临盆技巧、构造和治理措施,能够大年夜量临盆具有不合特点的许多品种。增添产量只需应用响应的大年夜规模临盆设备和工艺措施,从而很轻易低落资源。

每个元器件制造商都在赓续追求器件的小型化,热敏电阻中,0402mm尺寸已经成为通俗尺寸。与其他温度传感器比拟,今朝,片式热敏电阻不仅具有资源上风、体积小,而且可以在未来获得进一步低落资源和小型化。

热敏电阻的其它魅力

图2是应用了热敏电阻的温度检测电路的例子。

图2. 应用热敏电阻的温度检测电路实例

将热敏电阻和电阻串联,施加恒定电压。这时的分压与热敏电阻的温度的关系如图3所示。

图3. 表示分压电压 (Vout) 的温度特点

在较宽的温度范围内可以得到异常大年夜的电压变更,这种电压变更作为温度信息来处置惩罚。详细而言,假如直接与微机的AD端口连接并进行AD转换,则能够使用微机的逻辑将该AD值作为温度信息进行处置惩罚。例如,当在某个温度下发出警告时,编程为当检测到与该温度对应的AD值时发出警告。

值得留意的是,这是一个很大年夜的电压变更。您是否留意到图2的电路图在AD转换器 (ADC) 之前没有放大年夜器?不限于温度传感器,平日来自电子装配中应用的传感器的旌旗灯号异常微弱,并且必要一些放大年夜器 (旌旗灯号放大年夜器) 。热敏电阻是少数不必要放大年夜器的传感器。

这里斟酌一下ADC的分辨率。如图2所示,假举措措施加至热敏电阻的电压与向微机内的ADC提供的电压相同,并且ADC的输入范围为0V~3V。假如ADC的分辨率为10位,则量化单元 (LSB:LeastSignificant Bit) 变为大年夜约3mV。

另一方面,在与图3相同的温度范围,即-20°C~+85°C下,能够获得的单位温度的电压变更 (增益) 如图4所示。纵然在增益最小的温度范围的上限和下限,也可以得到约10 mV/°C的增益。此时,1 LSB相称于约0.3°C。纵然安装在微型谋略机中的10位ADC也可以预期约0.3°C的温度分辨率。当然,在室温相近存在30 mV/°C以上的增益,是以1 LSB为0.1°C以下。

图4. 表示单位温度的电压变更 (增益)

应用配备有微型谋略机的标准ADC,可以经由过程简单的电路轻松形成温度检测电路。这是热敏电阻广泛用于电子设备温度检测的主要缘故原由。

简单电路&高精度温度测定

那么,应用通俗热敏电阻和电阻可以得到若干温度丈量精度?

我们再看一下图3。该图是应用电阻值允许差±1%的热敏电阻和电阻器时的电压温度特点。对获得的电压的中间值和细线根据部件的最大年夜允许差等谋略的电压的高低限值进行绘图。因为险些看不履新,是以,将中间值为零时的高低限值换算为温度的图表如图5所示。

图5. 对图3中Vout誤差温度进行換算

结果显示,在+60°C下孕育发生约±1°C的偏差,在+85°C下孕育发生约±1.5°C的偏差。为了监测电子设备内部的温度,例如基板温度,可以预期足够靠得住的温度丈量精度。

由于正在应用的器件和电路具有极大年夜的简单性,读者应该可以理解片式NTC热敏电阻的高性价比。

村子田的帮助设计对象

对付以上的谋略和图表制作,村子田制作所供给了很方便的免费线上帮助设计对象SimSurfing。

村子田制作所SimSurfing帮助设计软件界面

在设计温度检测电路时,很难对 “根据温度能获得什么样的电压变更?”进行成像。

SimSurfing是一款直不雅操作仿真软件,可以选择热敏电阻和电阻的常数以及应用它们的电路,并且可以在图表中确认得到的电压变更和预期的温度偏差水平。

此外,因为所有谋略结果都可以保存为1°C步骤的文本数据,是以可以应用设计者自己的电路模拟器和电子表格软件继承反省结果。

SimSuring还具有谋略得到的电压温度特点的近似公式和相反地从电压得到温度的温度电压特点的功能。当您经由过程谋略在法度榜样中谋略从电压到温度的转换时,请应用它。

总结:为什么选择热敏电阻

选择NTC热敏电阻监控5G设备中的温度,是由于热敏电阻的部署自由度大年夜,有很好的资源低落和小型化空间,此外,还能够以简单的电路获得预期的精度。

实际上,设计工程师照样必要适当的光阴和精力来掌握诸如来自热敏电阻的温度信息和电子设备的状态的验证,包括若何进行ADC周围的优化等。然则,一旦采纳热敏电阻,工程师就可以享受到上述提到的优点。

村子田制作所不仅将供给出色的热敏电阻,还经由过程设计支持对象和传感器周围的热设计支持,赞助进入5G期间的电子设备设计工程师监测温度。

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