温度传感器在笔记本电脑中的应用

若把偏压电路和额外的ADC成本一并考虑进去，成本可能增加。

集成温度传感器

集成温度传感器是目前笔记本电脑普遍采用的温度传感器，具有精确度高、响应速度快、体积小、功耗低、软件界面控制方便等优点。图4为典型集成温度传感器框图。温度检测的主要机制为集成温度传感器内部的电流 源和ADC，集成温度传感器的工作原理是利用半导体PN结正向压降在不同的温度下具有不同导通压降的特性进行温度测量的。由半导体PN结伏-安特性曲线：

ID：二极管的正向电流，IS：二极管的反向饱和电流，VD：二极管的正向压降。

n：二极管的理想因素(一般约为1)，k：波尔兹曼常数 (1.38×10-23 joules/K)。
      
T：绝对温度K，q：一个电子的电荷 (1.6×10-19 C)
      
因为，因此我们可以将式 (2) 简化为

集成温度传感器内部的电流源会送出二个不同的电流，ADC在不同电流时读出不同的二极管正向压降。也就是当电流源送出高电流IDH时，ADC读数VDH。IDH和VDH的关系式为

当电流源送出低电流IDL时，ADC读数VDL。IDL和VDL的关系式为

将 (4) 式除以 (5) 式，可得到

将 (6) 式二边取对数并作整理，我们可以得到

由于n、k和q为常数，而IDH和IDL由温度传感器内部产生，因此由VDH和VDL的变化量我们就可以测出温度。

      
远程二极管测量回路杂散电阻的影响
      
实际应用中，用于远程温度检测的二极管位于CPU或图形处理芯片内部，二极管内阻及印刷电路板的寄生电阻会影响远程温度测量的准确度。假设远程二极管测量回路的等效寄生电阻为RP，当电流源送出高电流IDH时，ADC实际读到的电压VADC_H为:

当电流源送出低电流IDL时，ADC实际读到的电压VADC_L为

将 (8) 式和 (9) 式代入 (7) 式，我们可得到


由 (11) 式所得到的结果，当 (IDH – IDL)․RP 愈大时，温度检测误差愈大。在此，我们以MAX6642为例，k、q、n由CPU内部温度检测二极管决定，n ≈ 1.0080，由MAX6642的规格书可知：IDH =100uA、IDL =10uA，将这些参数代入 (11) 式，可得：

IDH、IDL的单位为mA，RP的单位为欧姆。在这个例子中，1欧姆的杂散电阻将造成0.45oK的温度测量误差。若IDH =200uA，IDL =20uA，则1欧姆的杂散电阻将造成0. 9oK的温度测量误差。RP的大小与远程检测二极管和印刷电路板的布线有关，印刷电路板布线必须尽可能降低印刷电路板铜箔所产生的寄生电阻。通常，远程二极管测量回路所造成的寄生电阻可能高达3至4欧姆。(IDH – IDL) 的大小则和集成温度传感器有关，不同的集成温度传感器具有不同的 (IDH – IDL) ，在集成温度传感器的选择上，选择小的 (IDH – IDL)有助于降低寄生电阻造成的温度测量误差。
      

此外，由前面的分析结果得知，1mV的电压变化大约等效为5oK的温度变化，因此，印刷电路板的布线对温度检测的准确度有很大影响。一般温度传感器IC的电源输入端均有一个RC低通滤波器，用以防止高频噪声的影响。在印刷电路板零件摆放时，RC滤波器应该尽量放在靠近温度传感器IC电源输入引脚的附近。另外，温度传感器IC应尽量放在靠近温度检测二极管的位置。对于差分(DXP、DXN) 连接远程温度二极管

的布线一定要采用平行走线，同时这两条平行布线要彼此靠近，并尽量远离磁性组件、高压信号，避免高速信号的干扰 。不当的印刷电路板布线可能导致30oK以上的温度检测误差。
   
应用实例
      
图5为笔记本电脑普遍使用的一种温度控制方案。温度传感器IC通过SMBus接口连接到笔记本电脑的嵌入式微控制器，由于温度传感器IC与嵌入式微控制器之间为数字接口，因此温度传感器IC在位置上可以远离嵌入式微控制器而不会有噪声干扰问题。MAX6649同时内置一个本地温度传感器和用于连接远端二极管的差分接口。MAX6649的IDH =100uA，IDL =10uA，高精度、小电流的电流源可减小因杂散电阻所产生的测量误差。差分输入有助于降低噪声干扰。图5所示电路，温度传感器IC只负责温度检测，风扇转速控制由嵌入式微控制器完成，由软件实现。为了避免软件控制的死机问题，MAX6649还集成了保护功能，当温度到达第一个高温临界点时，MAX6649 ALERT可发出中断请求，要求嵌入式微控制器进行相应的处理，例如对处理器进行降频；如果上述对策仍无法有效抑制温度的上升，当温度达到第二高温临界点时，MAX6649 OVERT可以用来控制系统的第二个风扇或对系统进行强制关机。图5具有低成本、高精度、使用弹性大等优点，但在软件的设计上需花费较多的功夫。

      
应用中需要检测温度的组件较多时，例如：测量CPU、GPU、芯片组和DDR的温度时，可以选用MAX1989多路远程温度检测器。还可以根据需要选择举有风扇转速控制功能的温度检测及控制IC，如MAX6635，利用风扇转速反馈信号，使温度传感器IC对风扇转速构成闭环回路控制。此外，在高温保护临界点的设定上，不需要软件设定，而是通过硬件设定，以增加高温保护的可靠性。