美国国家半导体亚太区产品应用经理 吴天佑 |
现在的PC和笔记本计算机追求执行速度愈来愈快,功能愈来愈多。执行速度愈来愈快代表着单一芯片的工作频率愈来愈高,功率损耗也就愈来愈大;而功能愈来愈多,意味着许多我们能够想到的功能的芯片,都被厂商放到主机板上面了。例如:三合一主机板已经将声卡的芯片和简单功能的绘图卡芯片放入主机板了,LAN-on-board的追求代表着未来的主机板已经能提供10/100Mb/s的网络功能,有些高阶主机板甚至直接将SCSI芯片也放入主机板中。 速度变快和功能变多的结果就是电源功率需求也变得愈来愈高,从最初的100W到现在的250W/350W。换句话说,整个计算机系统会变得愈来愈热,散热的需求也就变得愈来愈重要。在构思散热方案的同时,正确地侦测系统或单一芯片的温度也格外地重要。 一、 在PC中,哪些地方会用到温度传感器? RFID技术网 究竟在PC中最主要的热量产生的来源有哪些呢?了解热源和为什么会发热以后,我们便可以为它们找到解决方案。 1、 CPU - 现在无论是Intel的Pentium 4或是AMD的Athlon CPU都已经超过1GHz。这代表着:如果没有良好的散热解决方案,在短短数秒钟的时间,我们就可以用CPU来煎蛋和煎小香肠了。(详情请参考 http://www6.tomshardware.com/cpu/01q3/010917/index.html) 2、 绘图芯片或3D加速芯片 - 随着视觉效果的需求,绘图芯片和计算机游戏所依赖的加速芯片变得功能强大、设计很复杂且执行频率也很高,所以绘图芯片是主机板上产生热量的第二号因素。 3、 电源供应器 - 自从交换式电源供应器普及后,变压器已经不再是电源部份的主要热量产生来源,而是做大电流切换动作的Power MOSFET。 4、 系统内部的热流(机壳内部) - 我们一般人都会想到PC的机壳那么大,内部的温度再高也高不到那里去。可是正常的常规的半导体组件都只保证可以在摄氏零度到七十度之间工作,若系统内部的散热不良或散热装置工作不佳的话,也会造成系统的不稳定或甚至死机。 5、 PC存储卡(PCMCIA) - 由于PCMCIA控制芯片的负担并不大,所以不会发出许多热量,但真正的凶手是PCMCIA卡本身。理论上,包着铁壳的薄卡片是最容易散热的,但是因为PCMCIA卡是完全密合地插入笔记本计算机中,所以没有办法直接散热到外面空气中。 电子电路图 6、 导热管(Heat Pipe) - 本来导热管的发明就是要将热量从CPU带到计算机外部,但是导热管本身也会耗电,再加上出口地方的风扇没有转动的情形下,导热管就会变成另一号危险因素。由于它横跨的区域很大,所以伤害性相对也更大。 7、 其它PC接口设备 - 如:光驱、硬盘机、和喷墨/激光打印机都是容易发热的装置。
方法二:降低执行频率。 在相同的数字电路中,电源消耗和工作频率是成正比的。所以,频率愈高则消耗的功率也愈高。如果我们不让芯片达到那么快的频率,那系统自然也不会产生那么多的热量。这完全不需要额外的成本就可以达到,是省成本的解决方案。但是,使用者买这个等级的PC就是希望能够执行得够快,若降低频率来执行,不会被客户或使用者所接受。 方法三:利用风扇带走热量。 用一台电风扇来吹走热气,我们就可以为计算机解决散热问题,这并不会额外增加多少成本,更重要的是不需要改变整个芯片的设计或制程。 然而,风扇的马达也是相当耗电的,所以何时打开风扇及关掉风扇便是很重要的设计参数,否则我们是可以吹散热气,却达不到省电的效果。
* CPU - LM86(Remote Diode Temp Sensor)
强远距二极管(Remote Diode)感测的准确度。 另外,中央上方的Δ-ΣADC(模拟-数字转换器)也是增加准确度的重要功臣,我们可以把它想象成在转换时间,将信号取样了数千次,再求得平均值般地将数字信号输出,所以从模拟输入端所带进来的噪声便因此而滤掉了。当我们取得了相当准确的数字信号后,无论我们对它们施予任何数字电路运算,都已经不会再影响准确度了。 在LM86的8支脚中,电源(Power)和接地(Ground)是固定的,而D+/D-是接到CPU的远距二极管,SMBData/SMBClock则接到系统的SMBus上。唯独 /Alert 和 /T_Crit_A比较有争议性,第三节中所描述的应用例子是最常用的设计,值得我们注意的是这两支脚都是集电极开路的,所以在外部电路上必须加上提升电阻(Pull up resistor)。 * LM26 -- 精确度为±3℃的温度调节器 相同地,我们也先瞧瞧LM26的技术规格,再进一步讨论: 在电源部份,我们放宽了输入电源的范围从2.7V到5.5V,也就是说,这一颗芯片并不只是可以用在PC或是笔记本电脑中,它甚至可以用在任何消费性电子产品及可携式产品上。由于它的功率损耗只有20uA,使用两颗碱性电池(200mA-hr)就可以有一年以上的电池寿命。 电子电路图 表2:LM26技术规格表
200mA-小时/ 20uA = 10000小时 = 416 天 = 1.14年 由于LM26并没有串行界面和微处理机相连接,所以不需要任何的软件支持。在设计时的考虑就更加简单了,只要将电源和地线接上,给予HYST脚位高电位或是低电位,则只要温度达到设定点时,/OS就会有输出。唯一需要注意的是设定点温度是由客户通知供货商(国家半导体),再由供货商在工厂中烧录而成的。图5:LM26结构图 * LM88 -- 精确度为±3℃的温度调节器 由于LM88和LM86、LM26的设计理念都完全不一样,所以我们反过来先看LM88的结构图(如图6)。 PCB设计网 在外接的远距二极管方面有D0+、D-和D1+三支接脚,其实这代表着它可以同时接到两颗远距二极管,而且它们的D-是可以共同接在一起以节省脚位数的。此外,虽在LM88中放入Δ-ΣADC(模拟-数字转换器),但是没有数字的串行界面,这代表着我们不需要透过微处理机或CPU来控制LM88。至于我们所提到的温度设定点则和LM26一样,必须要由供货商来烧录。 我们可以将LM88的技术规格归纳成表4所示: 读者或许会觉得很奇怪,为何作者在解释每一颗芯片的用法时都不愿提到输出信号的接法及用法?因为这和我们想要拿它们来关掉电源或打开风扇、还是发出中断信号来通知系统芯片有很大的关系。作者把这些技术的问题留给厂商和工程师去伤脑筋,若读者对这些温度传感器的详细数据和应用范例有很高的兴趣,请参考国家半导体的网页 http://www.national.com。 表3:LM88技术规格表
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原文地址:http://www.epc.com.cn/magzine/20060105/3987.asp