二極管測(cè)量CPU溫度的原理解析

來(lái)源：儀器儀表商情網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間：2015-09-06 編輯：荊楚 瀏覽量：1214

 一般來(lái)說(shuō)，時(shí)鐘頻率跑的越快，則CPU每秒所能完成的運(yùn)算次數(shù)就越多，性能自然更好，但是，隨著時(shí)鐘頻率的增加，CPU就會(huì)變得越來(lái)越熱，這是CPU內(nèi)部CMOS管耗散功率加大的體現(xiàn)，過(guò)高的溫度會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行，所以有必要采取措施來(lái)“監(jiān)控”CPU的溫度，把它限制在一定溫度范圍內(nèi)，以確保CPU的可靠運(yùn)行。
       由于二極管制造工藝的特殊性，我們可以利用二極管的伏安特性來(lái)測(cè)量CPU的溫度，它的伏安特性如下圖：

       眾所周知，將PN結(jié)用外殼封裝起來(lái)，并加上電極引線就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)為二極管。由P區(qū)引出的電極為陽(yáng)極，由N區(qū)引出的電極為陰極，如下圖所示，

       溫度對(duì)二極管的性能有較大的影響，這是由于半導(dǎo)體材料的特性所致，溫度升高時(shí)，二極管的正向壓降將減小，每增加1oC，正向壓降減小約2mV，可以從下圖看出，

       由半導(dǎo)體理論可以得出，PN結(jié)所加端電壓u與流過(guò)它的電流i的關(guān)系為：

       其中， Is為反向飽和電流，對(duì)于硅材料來(lái)說(shuō)，Is約為10pA;
       q為電子的電量，q=1.6*10-9C；
       k是玻耳茨曼常數(shù)，k=1.38*10-23 J/K；
       T為絕對(duì)溫度，
       kT/q可以用UT來(lái)代替，則

       常溫下，即T=300K時(shí)，UT約為26mV。
       對(duì)于足夠大的電壓，二極管方程可以近似寫(xiě)成：

       那么，二極管兩端的電壓可以推導(dǎo)出為：

       一個(gè)比較典型的應(yīng)用例子就是美信公司的MAX1617，它就是通過(guò)使得兩個(gè)不同的電流流過(guò)二極管，并比較所產(chǎn)生的電壓來(lái)測(cè)量CPU溫度的。

       從MAX1617的Functional Block Diagram可以看出，為了測(cè)量溫度，MAX1617首先使電流iD1流過(guò)二極管，然后再使電流iD2流過(guò)二極管，所產(chǎn)生的電壓分別是uD1和uD2，它們的差為：

       因此只要確定了iD1和iD2，那么上式中的電壓差就正比于絕對(duì)溫度了，也就達(dá)到了測(cè)量溫度的目的。

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