二極管測量CPU溫度的原理解析
簡介:一般來說,時鐘頻率跑的越快,則CPU每秒所能完成的運算次數(shù)就越多,性能自然更好,但是,隨著時鐘頻率的增加,CPU就會變得越來越熱,這是CPU內(nèi)部CMOS管耗散功率加大的體現(xiàn),過高的溫度會影響系統(tǒng)的運行,所以有必要采取措施來“監(jiān)控”CPU的溫度,把它限制在一定溫度范圍內(nèi),以確保CPU的可靠運行。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/279567.htm由于二極管制造工藝的特殊性,我們可以利用二極管的伏安特性來測量CPU的溫度,它的伏安特性如下圖:
眾所周知,將PN結(jié)用外殼封裝起來,并加上電極引線就構(gòu)成了半導體二極管,簡稱為二極管。由P區(qū)引出的電極為陽極,由N區(qū)引出的電極為陰極,如下圖所示,
溫度對二極管的性能有較大的影響,這是由于半導體材料的特性所致,溫度升高時,二極管的正向壓降將減小,每增加1oC,正向壓降減小約2mV,可以從下圖看出,
由半導體理論可以得出,PN結(jié)所加端電壓u與流過它的電流i的關(guān)系為:
其中, Is為反向飽和電流,對于硅材料來說,Is約為10pA;
q為電子的電量,q=1.6*10-9C;
k是玻耳茨曼常數(shù),k=1.38*10-23 J/K;
T為絕對溫度,
kT/q可以用UT來代替,則
常溫下,即T=300K時,UT約為26mV。
對于足夠大的電壓,二極管方程可以近似寫成:
那么,二極管兩端的電壓可以推導出為:
一個比較典型的應用例子就是美信公司的MAX1617,它就是通過使得兩個不同的電流流過二極管,并比較所產(chǎn)生的電壓來測量CPU溫度的。
從MAX1617的Functional Block Diagram可以看出,為了測量溫度,MAX1617首先使電流iD1流過二極管,然后再使電流iD2流過二極管,所產(chǎn)生的電壓分別是uD1和uD2,它們的差為:
因此只要確定了iD1和iD2,那么上式中的電壓差就正比于絕對溫度了,也就達到了測量溫度的目的。
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