贴片NTC热敏电阻在5G电子设备中的应用

热敏电阻器（Thermistor）是一种电阻值对温度极为灵敏的半导体元件，温度系数可分为正温度系数热敏电阻PTC和负温度系数热敏电阻NTC。

NTC热敏电阻用于温度测量，温度控制，温度补偿等，称为温度传感器。

PTC热敏电阻用于温度的测量与控制，还可用作加热元件，同时起到“开关”的作用，兼有灵敏元件，加热器和开关三种功能，称为“热敏开关”。

NTC热敏电阻指负温度系数，是指着温度的升高，其阻值明显减小，又简称为NTC。利用该特性，NTC元件在小家电中常用于软启动和自动检测及控制电路等。

PTC热敏电阻指正温度系数，是指着温度的升高，其阻值明显增大，又简称为PTC。利用该特性，正温度系数热敏电阻多用于自动控制电路。

随着5G技术在各种设备被广泛应用，5G时代终于真正到来。5G区别于早期的2G、3G和4G移动通信的关键是：

1.通信速度、处理信息量、连接能力等大幅度提高，以满足高清图像、视频、虚拟现实等大数据量传输和自动驾驶、远程医疗、物联网通信等实时应用；

2.连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100Mbit/s。

3.系统协同化，智能化水平提升，表现为多用户，多点，多天线，多摄取的协同组网，以及网络间灵活地自动调整。

以上特点都使得5G设备中相关部件的负载增加，发热源也增加，多个发热源间还会相互影响传热，以往对单一发热源采取的措施，可能并不适用于同时处理5G电子设备中多个功能热点的状态。

基于上述背景，监测基板上多个功能热点的温度，并根据电子设备的复杂功能去控制作为发热源部件性能变得尤为重要。

比如，当CPU加载很大的应用程序时，初始阶段温度较低以全功率运行。若CPU温度升高，则性能会降低，且不能超过阈值温度控制。此时，若向CPU供电的电源部分的发热很大，且CPU能够接收到来自电源部件的发热，则CPU的温度可能急剧上升。要同时考虑CPU周围和电源IC周围的温度，就有必要更精细地控制每个器件的性能。

在基板上对器件进行温度控制的同时，还需注意的是：由于发热器件持续产生热量，可能需要最终的过热保护——例如显示警告或切换至关闭状态等。

基板上需要考虑每个发热源和IC、模块的内部温度，还需要考虑彼此的热交换和放置电子设备的周围环境的温度变化。只有监控发热源周围的温度，才可进行上述提到的温度管理。

贴片NTC热敏电阻因和相同EIA尺寸标准的片式电阻、电容、电感等一样适合表面贴装，配置自由度极高，占用空间小，能以简单的电路得到预期的精度，因此贴片NTC热敏电阻非常适合作为温度传感器放在基板上要测量的位置，来实现对基板的温度监控。

图1. 贴片NTC热敏电阻产品图

同时贴片NTC热敏电阻的生产工艺成熟，新品研发周期短，可大量生产具有不同特性的很多产品，增加相应的生产设备就可扩大产能和实现微型化，从而很容易降低成本。

贴片NTC热敏电阻检测电路

下图是使用了贴片NTC热敏电阻的温度检测电路的例子。

图2. 贴片NTC热敏电阻温度检测电路实例

将贴片NTC热敏电阻和贴片电阻串联，施加恒定电压。这时的分压与贴片NTC热敏电阻的温度的关系如图3所示。

图3. 分压电压 (Vout) 的温度特性

在较宽的温度范围内可以获得非常大的电压变化，这种电压变化作为温度信息来处理。从而在温度超出阈值时发出警示。

值得注意的是，图2中电压变化很大，但在AD转换器(ADC)之前却没有使用放大器。不限于温度传感器，通常来自电子装置中使用的传感器的信号非常微弱，并且需要一些信号放大器。而贴片NTC热敏电阻是少数不需要放大器的传感器。

这里考虑一下ADC的分辨率。如图2所示，假设施加至贴片NTC热敏电阻的电压与向微机内的ADC供给的电压相同，并且ADC的输入范围为0V~3V。如果ADC的分辨率为10位，则量化单元(LSB: Least Significant Bit) 变为大约3mV。

另外，在与图3相同的温度范围，即-20℃～+85℃下，能够得到的单位温度的电压变化(增益)如图4所示。即使在增益最小的温度范围的上限和下限，也可以获得约10 mV/℃的增益。此时，1LSB相当于约0.3℃。即使安装在微型计算机中的10位ADC也可以预期约0.3℃的温度分辨率。当然，在室温附近存在30mV/℃以上的增益，因此1LSB为0.1℃以下。

图4. 单位温度的电压变化(增益)

使用配备有微型计算机的标准ADC，可以通过简单的电路轻松形成温度检测电路。这是贴片NTC热敏电阻广泛用于电子设备温度检测的主要原因。

简单电路&高精度温度测定

那么，使用普通贴片NTC热敏电阻和电阻的温度测量精度是多少？

再看一下图3。该图是使用电阻值公差±1%的贴片NTC热敏电阻和贴片电阻时的电压温度特性。对得到的电压的中心值和细线根据部件的最大公差等计算的电压的上下限值进行绘图。由于几乎看不到差，因此，将中心值为零时的上下限值换算为温度的图表如图5所示。

图5. 对图3中Vout误差温度进行换算

结果显示，在+60℃下产生约±1℃的误差，在+85℃下产生约±1.5℃的误差。为了监测电子设备内部的温度，例如基板温度，可以预期足够可靠的温度测量精度。

使用简单的元器件和电路就可以实现高精度的温度测量，贴片NTC热敏电阻的高性价比也就不言而喻了。

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