温度传感器在笔记本电脑中的应用

摘要:由于计算机效能不断的推陈出新，愈来愈多的功能被整合到计算机中。因此，

计算机的处理量与日俱增，这些资料包含多媒体数据及3D动画资料。为了满足大量的数据处理需求，愈来愈多的芯片组被放入主机中，同时，CPU及芯片组的工作频率也不断提高。更多的芯片组及更快的时钟频率意味着更多热量产生。对于笔记本电脑，用户除了要求系统具有更好的效能外，在外观上，还要求轻、薄、小，这是设计人员所面临的另一挑战。在有限的空间内，如何耗散系统所产生的热量是一个棘手问题。如何兼顾系统效能、系统舒适度（包括笔记本电脑外壳的温度、风扇旋

转所产生的噪音）、及系统运行时间，是笔记本电脑设计的一个重要课题。

关键词：温度传感器，笔记本电脑，耗散热量，数字温度传感器，CPU，ADM1022，FAN，SMBus

引言

愈来愈多的功能被整合到计算机中。因此，计算机的处理量与日俱增，这些资料包含多媒体数据及3D 动画资料。为了满足大量的数据处理需求，愈来愈多的芯片组被放入主机中，同时，CPU 及芯片组的工作频率也不断提高。更多的芯片组及更快的时钟频率意味着更多热量的产生。

对于笔记本电脑，用户除了要求系统具有更好的效能外，在外观上，还要求轻、薄、小，这是设计人员所面临的另一挑战。在有限的空间内，如何耗散系统所产生的热量是一个棘手问题。如何兼顾系统效能、系统舒适度(包括笔记本电脑外壳的温度、风扇旋转所产生的噪音)、及系统运行时间，是笔记本电脑设计的一个重要课题。

一、笔记本电脑温度检测

1.1 系统框图

图1 为笔记本电脑的典型系统框图，CPU 为系统中最大的热源，目前笔记本电脑普遍使用的I ntel Dothan 处理器其瞬间最大功耗约为37W，AMD Athlon 处理器其瞬间最大功耗约为35W 至40W，Intel 下一代M erom 处理器的瞬间最大功耗将高达50W。CPU 是计算机中温度检测的重要目标。目前，无论是I ntel 或AMD 的CPU，CPU 内部都含有提供远程温度检测用的二极管，以提供温度传感器，直接检测C PU 内部管芯的温度，并对其进行精确的温度控制。

1.2温度检测对CPU优点

图形处理芯片(GPU) 是除了C PU 之外，系统中的另一个重要的热源。由于液晶显示器分辨率的增高，图形处理芯片的数据处理量也大大增加，为了让图形处理芯片可靠工作，目前普遍使用的图形处理芯片，也和C PU 一样，均内含提供远程温度检测的二极管，以便直接检测图形处理芯片内部管芯的温度，并对其进行温度控制。笔记本电脑中，其它可能需要进行温度检测及控制的组件还包括DDR 内存、硬盘和光驱。温度检测的目地是让笔记本电脑的嵌入式微控制器能对笔记本电脑作适当的电源管理及热管理。精确可靠的温度检测在笔记本电脑的应用上具有下列优点：

1.2.1精确的温度检测能让系统发挥最高的效能：当组件实际温度并未到达系统降频的临界点时，因为温度传感器检测误差，可能使系统降频动作提早发生，这会使系统无法发挥最大的效能。

1.2.2精确的温度检测能降低系统噪音并延长计算机电池使用时间：如果温度传感器的检测温度高于系统实际温度，将造成风扇提早运转，或风扇转速比实际需求高，这将造成系统不必要的风扇噪音及功耗。

1.2.3精确的温度检测能提高系统稳定性，增加产品竞争力：如果温度传感器的检测温度低于系统实际温度，可能在系统实际温度已到达降频临界点时系统仍然保持较高的工作频率，从而造成系统瘫痪甚至损坏。此外，精确的温度检测允许系统使用最小的散热模块，如此可以降低散热模块成本，增加产品竞争力。

二、笔记本电脑中常用传感器

笔记本电脑常用的温度传感器热敏电阻和集成温度传感器是笔记本电脑常用的两种温度传感器。

2.1 热敏电阻介绍

热敏电阻按温度对电阻特性变化一般可分为正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻及临界温度系数热敏电阻。正温度系数热敏电阻及临界温度系数热敏电阻的电阻特性会在特定温度发生急剧变化，适合用于定温度检测或限制在较小的温度范围内。负温度系数热敏电阻主要为氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物的复合烧结体，这些金属氧化物材料都具有半导体性质，当温度较低时，半导体内的电子-空穴对儿数目较少，因此电阻较高。当温度升高时，热敏电阻内的电子-空穴对儿数量增加，因此导电率增加，电阻值下降。图2为典型负温度系数热敏电阻特性曲线，电阻和温度之间的关系式如下：

R0、R 分别是环境温度为T0、T(K) 绝对温度时的电阻值。B 是热敏电阻的常数，B常数通常介于2500K 至5000K 范围内。

图3为典型负温度系数热敏电阻的应用电路。利用笔记本电脑嵌入式微控制

器的模数转换器(ADC) 所读到的电压值推算出N TC 的电阻值，因而推算出环

境温度。利用负温度系数热敏电阻测量温度时误差很大，误差来源包括N TC 本

身的误差、提升电阻的误差、偏压电源(VCC) 的误差、ADC 的误差及测量噪

声所造成的误差。从成本考虑，如果只考虑负温度系数热敏电阻本身的价格，

这是一个廉价的解决方案。但若把偏压电路和额外的A D C 成本一并考虑进去，

成本可能增加。

三、数字温度传感器

本文选择的是数字温度传感器，所用芯片为ADM1022。

目前，无论是Intel 或AMD的CPU，其内部都含有提供远程温度检测用的二极管，集成数字温度传感器是计算机普遍采用的温度监控方式之一。

2.1 数字温度传感器的结构与测量原理

2.1.1 数字温度传感器的结构

数字温度传感器的主要构成：一个双电流源、一个Δ-Σ A/D 转换器、数字逻辑和一个通向数字器件的串行接口。数字温度传感器中有两种传感器：本地或远程温度传感器，它们均采用两个成比例的电流通过一个连接成二极管形式的NPN 或PNP 晶体管，用于测量所导致的VBE（发射极电压）变化，使用Δ-ΣA/D 转换器对电压采样并将数值转换成数字格式。图4为数字温度传感器的简化结构框图。

图4