温度问题为您解决(三)高性能处理器模温监测

2019-08-29来源: EEWorld关键字:温度传感器  TI

上一篇文章中,我们已经就如何监测电路板温度进行了介绍。但是,诸如中央处理单元 (CPU)、图形处理单元 (GPU)、专用集成电路 (ASIC) 和现场可编程门阵列 (FPGA) 之类的高性能处理器中的电源管理通常更复杂。通过温度监测,这些系统不仅可以启动安全系统关闭程序,还可以利用温度数据来动态调整性能。


监测过程温度可以提高系统可靠性并最大限度提升性能。如下图所示,高性能处理器通常使用散热器吸收管芯中的过多热量。较高的温度可能会激活散热风扇,修改系统时钟,或者在处理器超过其温度阈值时快速关闭系统。


1.png

搭载高性能处理器的主板通常需要散热器


管芯温度监测的设计注意事项


为了实现高效的温度监测,高性能处理器有两个设计注意事项:温度精度和传感器放置。处理器的温度精度直接与传感器位置相关。


2.png

通过高精度温度监测提高系统性能


如上图所示,通过高精度的温度监测,可以最大限度提高处理器性能,从而将系统推动到其温度设计极限。虽然大多数集成电路都有内置的温度传感器,但由于晶圆和其他各批次之间的差异,这些传感器的精度并不一致。另外,必须根据基准来调理处理器,从而调整相对于管芯温度的系数。高性能处理器本身具有复杂的电路并会引起自发热,因此会产生随温度增加的温度误差。如果设计的系统具有较低精度和温度误差,系统的性能将无法在其温度设计极限内达到最大化。


传感器放置和精度


集成的温度传感器或温度二极管或外部温度传感器可以监测处理器的热性能。在某些情况下,同时使用内部和外部传感器可以最大化系统性能并提高可靠性。


双极结晶体管集成温度传感器


一些高性能处理器包含用于温度传感的双极结型晶体管 (BJT)。BJT 具有取决于温度且可预测性极高的传递函数。远程温度传感器使用此原理来测量管芯温度。在互补金属氧化物半导体工艺中最常见的 BJT 是 P 沟道 N 沟道 P 沟道 (PNP)。下图显示了一个用于测量 PNP 晶体管连接配置的远程温度监测电路。


3.png

用两个电流测量基极-发射极电压变化 (ΔVBE)


由于晶圆和不同批次之间的差异引起的噪声和误差,设计远程温度监测系统的过程可能充满挑战。温度二极管误差可能由以下原因引起:


• 理想因子变化。BJT 温度二极管的特性取决于工艺几何因素和其他工艺变量。如果知道理想因子 n,则可以使用 n 因子寄存器来校正 n 因子误差。或者,可以使用软件校准方法来校正所需温度范围内的理想因子变化。


• 串联电阻。由于电流源,信号路径中的任何电阻都将引起电压失调。现代远程温度传感器采用串联电阻算法,可消除由高达 1-2kΩ 的电阻引起的温度误差。即使与电阻-电容滤波器结合使用,该算法也能实现稳健、精确的测量结果。


• 噪声注入。当二极管走线与承载高电流的高频信号线并行排布时,耦合到远端印刷电路板走线中的电磁干扰或电感可能导致误差。这是远程温度传感器最重要的电路板设计注意事项之一。


• Beta 补偿。集成到 FPGA 或处理器中的温度晶体管的 Beta 值可能小于 1。具有 Beta 补偿的远程温度传感器专门设计用于与这些晶体管结合使用并校正与它们相关的温度测量误差。与分立式晶体管一起使用时,Beta 补偿特性不会带来任何好处。


器件建议


TMP421 提供单个通道来监测 BJT;也有多通道远程温度传感器支持多达八个通道,可在本地和远程测量温度。

TMP451 在本地和远程均可提供高精度 (0.0625°C) 温度测量。服务器、笔记本电脑和汽车传感器融合应用可受益于多通道远程传感器。


外部温度传感器


虽然内置温度传感器位置最佳,但其精度低至 ±5°C。添加外部本地温度传感器可以提高管芯温度精度并提升系统性能。当集成的管芯温度传感器不可用时,也可以使用本地温度传感器。然而,对于本地温度传感器,传感器位置是重要的设计注意事项。下图显示了放置本地温度传感器的一些选项:位置 a、b 和 c。


4.png

通过放置传感器实现高性能处理器温度监测


• 位置 a。位于微处理器散热器中心钻孔中的传感器与管芯非常靠近。散热器可以夹持到处理器上,或者用环氧树脂贴附到处理器顶部。此位置的温度传感器通常需要较长的引线,而随着散热器到微处理器之间的导热性能逐渐下降,传感器数据将变得不正确。


• 位置 b。另一个放置传感器的潜在位置是在处理器插座下方的空腔中,此处的组装非常简单直接。鉴于传感器与气流隔离,环境温度对传感器读数的影响极小。此外,如果散热器与处理器分离,传感器将显示处理器温度升高。尽管如此,如果采用这种传感器放置方式,传感器和处理器之间的温差可能在 5°C 到 10°C 之间。


• 位置 c。传感器可以安装在微处理器单元 (MPU) 旁边的电路板上。虽然这种安装方式易于实施,但传感器温度与 MPU 温度之间的相关性要弱得多。


器件建议


占位尺寸是选择本地温度传感器时需要考虑的一个因素。TMP112 采用 1.6mm x 1.6mm 封装,可以靠近处理器使用。与集成在处理器内部的温度传感器通常只有 5°C 至 20°C 的精度相比,TMP112 器件的 0.5°C 精度可以最大限度提高性能。


点击这里,快速定位TI模拟专栏,查看更多TI传感器类产品的最新、最全资料。同时,在未来的几篇文章中,我们会重点说明各种应用的设计注意事项,评估温度精度和应用尺寸之间的权衡,同时讨论传感器放置方法。


温度问题为您解决(一)温度传感基本原理


温度问题为您解决(二)系统温度监测

关键字:温度传感器  TI 编辑:赵清月 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/gykz/ic472849.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:图漾科技:让3D机器视觉无处不在
下一篇:温度问题为您解决(四)环境温度监测

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

用万用表检查PT100温度传感器的好坏
  万用表是一种带有整流器的、可以测量交、直流电流、电压及电阻等多种电学参量的磁电式仪表。对于每一种电学量,一般都有几个量程。又称多用电表或简称多用表。万用表是由磁电系电流表(表头),测量电路和选择开关等组成的。通过选择开关的变换,可方便地对多种电学参量进行测量。其电路计算的主要依据是闭合电路欧姆定律。万用表种类很多,使用时应根据不同的要求进行选择。  pt100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。带传感器的变送器通常由两部分组成:传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热电阻;信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成(由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化
发表于 2020-09-18
用万用表检查PT100<font color='red'>温度传感器</font>的好坏
Maxim全新温度传感器基础模拟IC,大大降低线路连接复杂度
Maxim Integrated Products, Inc (NASDAQ: MXIM)宣布推出两款业界领先的基础模拟IC,为冷链物流(包括医药品等)及其他温度监测应用提供高精度、高可靠性解决方案。MAX31889数字温度传感器是高精度和低功耗的完美组合,用于代替高精度温度测量应用中昂贵的电阻温度检测器(RTD)。MAX31825数字传感器允许在每条总线上挂接多达64片传感器,全部由1-Wire®总线寄生供电,大大降低了线路连接的复杂度。                          
发表于 2020-09-04
Maxim全新<font color='red'>温度传感器</font>基础模拟IC,大大降低线路连接复杂度
基于51单片机实现温度传感器和按键调节时钟
;   RL_data = Read_8bit();  //温度小数部分    TH_data = Read_8bit();  //湿度整数部分    TL_data = Read_8bit();  //湿度小数部分    CK_data = Read_8bit();  //校验位      undata = RH_data + RL_data + TH_data + TL_data; //校验获取的数据}//湿度整数 (温湿度传感器存在疑惑)str1[0] = (char)(0x30
发表于 2020-08-20
基于51单片机实现<font color='red'>温度传感器</font>和按键调节时钟
基于MSP430内嵌温度传感器温度告警系统
1. 系统的总体方案    MSP430微控制器MCU(Micro Controller Unit)是TI公司推出的一款具有丰富片上外围的强大功能的超低功耗16位混合信号处理器。其中包括一系列的器件,可以应用在不同的场合。MSP430与MCS-51的一个显著不同就是它在片内集成了模数转换(ADC)模块,使得A/D转换得以容易的实现。其中在MSP430的13x、14x、43x、44x系列器件中,都有内嵌的温度传感器。它的输出送入ADC12模块的通道10,然后对其进行A/D转换,进而可以测量芯片内的温度。在本告警系统中就是采用这个温度传感器的输出来实现温度的实时告警。图1 基于MSP430F449内嵌
发表于 2020-08-13
基于MSP430内嵌<font color='red'>温度传感器</font>的<font color='red'>温度</font>告警系统
STM32温度传感器DS18B20测试程序 可通过TFT显示屏显示
;  //读温度值                        Disp_Temperature();  //温度值处理                }                   while(!presence) ;    }}
发表于 2020-08-06
专利揭秘—芯海科技片上数字温度传感器
芯海科技发明的片上数字温度传感器,通过对环形振荡器、时间放大器等部件进行优化,使得这种片上温度传感器在保留结构简单、面积小以及功耗低等优点的同时,具有线性度好、温度测量范围宽以及更高精度等优点,另外还可以省去外部晶振,从而节省了成本。 新冠疫情火了“红外额温枪”,向额头轻轻一靠,额温枪便可测量出人体向外辐射的红外光能量,继而计算得出体温。 看似简单的外红温度计的背后,却隐藏着不简单的技术,我们知道体温会随着运动情况、室外温度而变化,那么红外温度计如何准确的捕捉红外光,如何排除室外温度例如冷空气的干扰,又该如何将红外信息转换为体温信息?这些都是额温枪内安置的芯片所要解决的问题。 芯海科技在这次疫情防控战
发表于 2020-08-03
专利揭秘—芯海科技片上数字<font color='red'>温度传感器</font>
小广播
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2020 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved