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集成电路温度传感器的优势及广泛应用
2006年3月9日 16:43  

  最近,美国国家半导体公司(National Semiconductor)数据转换系统部亚太区市场经理陈永信先生向记者专门介绍了集成电路温度传感器的特点、日益广泛和深入的应用领域,以及国家半导体公司温度传感器芯片开发概况和产品介绍。鉴于美国国家半导体公司在全球温度传感器集成电路市场处于领先地位,他提供的信息可能会引起读者的兴趣并有参考价值。
温度传感器比热敏电阻器具有的优势

  
温度传感元件几乎是无处不在。从空调系统、冰箱、电饭煲电风扇等家电产品直至PC机、服务器、计算机外设、移动电话手机等,都需要具有温度传感功能的器件。

  
虽然长期以来热敏电阻器是最常用的元件,目前在一些工业应用领域仍然起重要的作用;但是,集成电路温度传感器比起热敏电阻器有着明显的优点,括准确度更高,体积更小,功耗更低,更加适合在集成电路系统中应用。

  
温度传感器集成电路的电压输出与温度成正比,在相当宽的温度范围内,都具有很高的准确度。反之,热敏电阻器的电压输出与温度不具有线性关系,需通过查表或外加线性化电路,才能得到准确的温度。而且,热敏电阻器在高温区段电压变化率较小,不易分辨,造成温度测量的误差较大。这是热敏电阻器的最大缺点。相比之下,集成电路温度传感器因其电压输出与温度成线性关系,无论在高温或低温范围内,准确度都是一样的。

  
其次,热敏电阻器产品在不同的批次间存在差异,电子响应性能不一致。因而,使用前都需要进行调校,在大量生产时增加成本和时间。

  
集成电路温度传感器的输出阻抗较低,功耗也较低;热敏电阻器通过消耗电流感受温度,功耗较高。而且,长时间感受温度使热敏电阻器本身的温度也升高,测量温度的准确性降低。

  
从成本上分析,尽量单个热敏电阻器的价格低,但它必须配合相关元件才能达到集成电路温度传感器的准确度。从整体上说,热敏电阻器所需的成本反而更高。

  采用集成电路温度传感器需要较少的芯片支持,占用印刷电路板的空间小。而且,系统设计可以简化,节省设计时间。

  
国家半导体公司温度传感器芯片开发概况

  
美国国家半导体公司的温度传感器芯片发展有四大方向:模拟输出(应用于蜂窝电话、硬盘机、空调等),数字(应用于硬盘机、空调、医疗设备、计算机等),远程二极管(应用于计算机/服务器类产品)和系统监视器(应用于计算机/服务类产品)。

  
一、模拟输出温度传感器芯片

  
LM20模拟输出温度传感器适用于蜂窝式移动电话中。由于这类电话(尤其是新一代推出的)对温度都非常敏感,过高或过低温度保护功能便显得非常重要。LM20在温度为25℃时,准确度可达+/-1.5℃或+/-4℃。它封装小巧,而且价格合理。

  
二、数字温度传感器芯片

  
LM92是一种高精确度的双线接口温度传感器芯片。该款芯片最适用于各种高精确度的应用方案,其中包括冷暖空气调节、通风系统、医疗仪器、汽车、基站以及多种其他应用方案。有关应用方案一般均需要在较小的温度范围内达到较高的精确度。在LM92芯片还未正式推出之前,采用模拟温度传感器芯片或热敏电阻器。但由于这两类解决方案需要加设线性化电路及另外需要调校,因此会令成本增加。此外,模拟解决方案必须进行一些特别的测试,才可确保其精确度,但有关测试会对量产造成一定的影响。而LM92芯片采用更精确的测试方法,因此性能更可靠,即使在大量生产时仍能保持其精确度。

  
LM26是一款高精度单输出的低功率恒温器芯片。由于这款芯片可以按照个别客户要求而预先设定恒温器的断开点,并且可以提供模拟温度传感输出。因此特别适用于温度控制装置,例如火警警报系统。

  
三、远程二极管温度传感器芯片

  
计算机的处理器一向对温度都敏感,Intel在IDF会议上曾表示该公司的处理器,包括Pentium4中央处理器,都需要准确度高达+/-1℃的温度传感技术为其提供支持;而准确度高达+/-1℃的温度传感技术不单可以将系统的温度误差由+/-6℃降至+/-3℃,同时也可缩小温度宽限范围。对台式计算机和移动型计算机而言,温度宽限范围愈小,性能便愈高,因开动散热扇而浪费的电力也愈小。反之,温度宽限范围愈大,中央处理器在这个温度范围内操作,其性能也会受到影响。

  
LM86与LM88都是美国国家半导体推出可保护系统免受损害的温度传感器芯片。LM86是一款高准确度远程二极管温度传感器,在60℃至100℃的温度范围内,可达至+/-1℃远程准确度,更可支持ACPI标准及设有视窗式比较功能,亦支持SMBus1.1及设有报警响应协议与超时功能。

  
LM88是一款双远程二极管温度传感恒温器芯片,同样最适用于笔记本型计算机、台式机、工作站与服务器上,以及电池供电的便携式系统等应用方案。此外,LM88芯片也可用作个人计算机的四级散热扇速控制器,而且成本也较低。

  
另一款远程二极管芯片是LM83,可测系统内四个不同位置的温度,其中三个属于芯片之外三个不同位置的温度,而第四个是芯片本身的内部温度。以往只有中央处理器的温度需要接受监测,但以目前的系统来说,电池、图形加速器及PCMCIA卡盒等配件的温度亦需同样接受监测。LM83芯片可发出两个可设定温度的中断输出信号。

  
LM88与LM83同样都具有卓越的抗噪音干扰能力,可减低电源供应带来的噪音干扰,有助防止假断开。

  
四、系统监示器芯片

  
LM87是一款系统监示传感器芯片,除了与远程二极管传感器芯片一样能控制温度之外,还对风扇、电压有监控的作用。适用于笔记本型计算机、台式机、服务器等。LM87是内置两个LM87远程二极管的温度传感器,有两个风扇转速输入口,跟八个电压监测输入口,还有一个风扇转速的控制输出。

  
美国国家半导体是温度传感器市场的主要芯片供应商,一直致力为客户提供各种不同的温度传感器芯片,包括业内最高准确度、最低功率及最小封装的温度传感器,确保各合作伙伴有更多的选择。

 

 
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