溫度傳感器在筆記本電腦中的應(yīng)用

圖形處理芯片 (GPU) 是除了CPU之外，系統(tǒng)中的另一個重要的熱源。由于液晶顯示器分辨率的增高，圖形處理芯片的數(shù)據(jù)處理量也大大增加，為了讓圖形處理芯片可靠工作，目前普遍使用的圖形處理芯片，也和CPU一樣，均內(nèi)含提供遠(yuǎn)程溫度檢測的二極管，以便直接檢測圖形處理芯片內(nèi)部管芯的溫度，并對其進(jìn)行溫度控制。筆記本電腦中，其它可能需要進(jìn)行溫度檢測及控制的組件還包括DDR內(nèi)存、硬盤和光驅(qū)。溫度檢測的目地是讓筆記本電腦的嵌入式微控制器能對筆記本電腦作適當(dāng)?shù)碾娫垂芾砑盁峁芾?。精確可靠的溫度檢測在筆記本電腦的應(yīng)用上具有下列優(yōu)點： 

一. 精確的溫度檢測能讓系統(tǒng)發(fā)揮最高的效能：當(dāng)組件實際溫度并未到達(dá)系統(tǒng)降頻的臨界點時，因為溫度傳感器檢測誤差，可能使系統(tǒng)降頻動作提早發(fā)生，這會使系統(tǒng)無法發(fā)揮最大的效能。 

二. 精確的溫度檢測能降低系統(tǒng)噪音并延長計算機(jī)電池使用時間：如果溫度傳感器的檢測溫度高于系統(tǒng)實際溫度，將造成風(fēng)扇提早運轉(zhuǎn)，或風(fēng)扇轉(zhuǎn)速比實際需求高，這將造成系統(tǒng)不必要的風(fēng)扇噪音及功耗。 

三. 精確的溫度檢測能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，增加產(chǎn)品競爭力：如果溫度傳感器的檢測溫度低于系統(tǒng)實際溫度，可能在系統(tǒng)實際溫度已到達(dá)降頻臨界點時系統(tǒng)仍然保持較高的工作頻率，從而造成系統(tǒng)癱瘓甚至損壞。此外，精確的溫度檢測允許系統(tǒng)使用最小的散熱模塊，如此可以降低散熱模塊成本，增加產(chǎn)品競爭力。 

筆記本電腦常用的溫度傳感器 

熱敏電阻和集成溫度傳感器是筆記本電腦常用的兩種溫度傳感器，以下我們將探討這兩種溫度傳感器的工作原理及使用。 

熱敏電阻 

熱敏電阻按溫度對電阻特性變化一般可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻及臨界溫度系數(shù)熱敏電阻。正溫度系數(shù)熱敏電阻及臨界溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻特性會在特定溫度發(fā)生急劇變化，適合用于定溫度檢測或限制在較小的溫度范圍內(nèi)。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻主要為氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物的復(fù)合燒結(jié)體，這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，當(dāng)溫度較低時，半導(dǎo)體內(nèi)的電子-空穴對兒數(shù)目較少，因此電阻較高。當(dāng)溫度升高時，熱敏電阻內(nèi)的電子-空穴對兒數(shù)量增加，因此導(dǎo)電率增加，電阻值下降。圖2為典型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻特性曲線，電阻和溫度之間的關(guān)系式如下： 

R0、R 分別是環(huán)境溫度為T0、T(K) 絕對溫度時的電阻值。B是熱敏電阻的常數(shù)，B常數(shù)通常介于2500K至5000K范圍內(nèi)。 

圖3為典型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的應(yīng)用電路。利用筆記本電腦嵌入式微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 所讀到的電壓值推算出NTC的電阻值，因而推算出環(huán)境溫度。利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻測量溫度時誤差很大，誤差來源包括NTC本身的誤差、提升電阻的誤差、偏壓電源 (VCC) 的誤差、ADC的誤差及測量噪聲所造成的誤差。從成本考慮，如果只考慮負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻本身的價格，這是一個廉價的解決方案。但若把偏壓電路和額外的ADC成本一并考慮進(jìn)去，成本可能增加。

集成溫度傳感器

集成溫度傳感器是目前筆記本電腦普遍采用的溫度傳感器，具有精確度高、響應(yīng)速度快、體積小、功耗低、軟件界面控制方便等優(yōu)點。圖4為典型集成溫度傳感器框圖。溫度檢測的主要機(jī)制為集成溫度傳感器內(nèi)部的電流

源和ADC，集成溫度傳感器的工作原理是利用半導(dǎo)體PN結(jié)正向壓降在不同的溫度下具有不同導(dǎo)通壓降的特性進(jìn)行溫度測量的。由半導(dǎo)體PN結(jié)伏-安特性曲線： 
 

 

ID：二極管的正向電流，IS：二極管的反向飽和電流，VD：二極管的正向壓降。

n：二極管的理想因素(一般約為1)，k：波爾茲曼常數(shù) (1.38