貼片NTC熱敏電阻在5G電子設備中的應用——NYFEA徠飛

熱敏電阻器（Thermistor）是一種電阻值對溫度極為靈敏的半導體元件，溫度系數可分為正溫度系數熱敏電阻PTC和負溫度系數熱敏電阻NTC。

NTC熱敏電阻用于溫度測量，溫度控制，溫度補償等，稱為溫度傳感器。

PTC熱敏電阻用于溫度的測量與控制，還可用作加熱元件，同時起到“開關”的作用，兼有靈敏元件，加熱器和開關三種功能，稱為“熱敏開關”。

NTC熱敏電阻指負溫度系數，是指著溫度的升高，其阻值明顯減小，又簡稱為NTC。利用該特性，NTC元件在小家電中常用于軟啟動和自動檢測及控制電路等。

PTC熱敏電阻指正溫度系數，是指著溫度的升高，其阻值明顯增大，又簡稱為PTC。利用該特性，正溫度系數熱敏電阻多用于自動控制電路。

隨著5G技術在各種設備被廣泛應用，5G時代終于真正到來。5G區(qū)別于早期的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、虛擬現實等大數據量傳輸和自動駕駛、遠程醫(yī)療、物聯(lián)網通信等實時應用；

2.連續(xù)廣域覆蓋和高移動性下，用戶體驗速率達到100Mbit/s。

3.系統(tǒng)協(xié)同化，智能化水平提升，表現為多用戶，多點，多天線，多攝取的協(xié)同組網，以及網絡間靈活地自動調整。

以上特點都使得5G設備中相關部件的負載增加，發(fā)熱源也增加，多個發(fā)熱源間還會相互影響傳熱，以往對單一發(fā)熱源采取的措施，可能并不適用于同時處理5G電子設備中多個功能熱點的狀態(tài)。

基于上述背景，監(jiān)測基板上多個功能熱點的溫度，并根據電子設備的復雜功能去控制作為發(fā)熱源部件性能變得尤為重要。

比如，當CPU加載很大的應用程序時，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(fā)熱很大，且CPU能夠接收到來自電源部件的發(fā)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：由于發(fā)熱器件持續(xù)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(tài)等。

基板上需要考慮每個發(fā)熱源和IC、模塊的內部溫度，還需要考慮彼此的熱交換和放置電子設備的周圍環(huán)境的溫度變化。只有監(jiān)控發(fā)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，占用空間小，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傳感器放在基板上要測量的位置，來實現對基板的溫度監(jiān)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(fā)周期短，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熱敏電阻檢測電路

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(lián)，施加恒定電壓。這時的分壓與貼片NTC熱敏電阻的溫度的關系如圖3所示。

圖3.?分壓電壓?(Vout)?的溫度特性

在較寬的溫度范圍內可以獲得非常大的電壓變化，這種電壓變化作為溫度信息來處理。從而在溫度超出閾值時發(fā)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。不限于溫度傳感器，通常來自電子裝置中使用的傳感器的信號非常微弱，并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傳感器。

這里考慮一下ADC的分辨率。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，并且ADC的輸入范圍為0V~3V。如果ADC的分辨率為10位，則量化單元(LSB: Least Significant Bit)?變?yōu)榇蠹s3mV。

另外，在與圖3相同的溫度范圍，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范圍的上限和下限，也可以獲得約10 mV/℃的增益。此時，1LSB相當于約0.3℃。即使安裝在微型計算機中的10位ADC也可以預期約0.3℃的溫度分辨率。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)

使用配備有微型計算機的標準ADC，可以通過簡單的電路輕松形成溫度檢測電路。這是貼片NTC熱敏電阻廣泛用于電子設備溫度檢測的主要原因。

簡單電路&高精度溫度測定

那么，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。由于幾乎看不到差，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(jiān)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。

NYFEA公司擁有先進的貼片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(fā)新規(guī)格、高精度、高可靠性的優(yōu)質產品，幫助5G時代的電子設備精準監(jiān)測溫度。

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