貼片NTC熱敏電阻在5G電子設備中的應用

NTC熱敏電阻用于溫度測量，溫度控制，溫度補償?shù)?，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(shù)，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(shù)，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(shù)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(xiàn)實等大數(shù)據(jù)量傳輸和自動駕駛、遠程醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)為多用戶，多點，多天線，多攝取的協(xié)同組網(wǎng)，以及網(wǎng)絡間靈活地自動調(diào)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(jù)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(chǎn)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(nèi)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(xiàn)對基板的溫度監(jiān)控。

圖1. 貼片NTC熱敏電阻產(chǎn)品圖 (NYFEA)

同時貼片NTC熱敏電阻的生產(chǎn)工藝成熟，新品研發(fā)周期短，可大量生產(chǎn)具有不同特性的很多產(chǎn)品，增加相應的生產(chǎn)設備就可擴大產(chǎn)能和實現(xiàn)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(nèi)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(zhuǎn)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(shù)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(nèi)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(jù)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。