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温度传感器在PC上的应用

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:583

  现在的pc和笔记本计算机追求执行速度愈来愈快,功能愈来愈多。执行速度愈来愈快代表着单一芯片的工作频率愈来愈高,功率损耗也就愈来愈大;而功能愈来愈多,意味着许多我们能够想到的功能的芯片,都被厂商放到主机板上面了。例如:三合一主机板已经将声卡的芯片和简单功能的绘图卡芯片放入主机板了,lan-on-board的追求代表着未来的主机板已经能提供10/100mb/s的网络功能,有些高阶主机板甚至直接将scsi芯片也放入主机板中。

  速度变快和功能变多的结果就是电源功率需求也变得愈来愈高,从最初的100w到现在的250w/350w。换句话说,整个计算机系统会变得愈来愈热,散热的需求也就变得愈来愈重要。在构思散热方案的同时,正确地侦测系统或单一芯片的温度也格外地重要。

一、 在pc中,哪些地方会用到温度传感器?

  究竟在pc中最主要的热量产生的来源有哪些呢?了解热源和为什么会发热以后,我们便可以为它们找到解决方案。

  1、 cpu - 现在无论是intel的pentium 4或是amd的athlon cpu都已经超过1ghz。这代表着:如果没有良好的散热解决方案,在短短数秒钟的时间,我们就可以用cpu来煎蛋和煎小香肠了。(详情请参考 http://www6.tomshardware.com/cpu/01q3/010917/index.html)

  2、 绘图芯片或3d加速芯片 - 随着视觉效果的需求,绘图芯片和计算机游戏所依赖的加速芯片变得功能强大、设计很复杂且执行频率也很高,所以绘图芯片是主机板上产生热量的第二号因素。

  3、 电源供应器 - 自从交换式电源供应器普及后,变压器已经不再是电源部份的主要热量产生来源,而是做大电流切换动作的power mosfet。

  4、 系统内部的热流(机壳内部) - 我们一般人都会想到pc的机壳那么大,内部的温度再高也高不到那里去。可是正常的常规的半导体组件都只保证可以在摄氏零度到七十度之间工作,若系统内部的散热不良或散热装置工作不佳的话,也会造成系统的不稳定或甚至死机。

  5、 pc存储卡(pcmcia) - 由于pcmcia控制芯片的负担并不大,所以不会发出许多热量,但真正的凶手是pcmcia卡本身。理论上,包着铁壳的薄卡片是最容易散热的,但是因为pcmcia卡是完全密合地插入笔记本计算机中,所以没有办法直接散热到外面空气中。

  6、 导热管(heat pipe) - 本来导热管的发明就是要将热量从cpu带到计算机外部,但是导热管本身也会耗电,再加上出口地方的风扇没有转动的情形下,导热管就会变成另一号危险因素。由于它横跨的区域很大,所以伤害性相对也更大。

  7、 其它pc接口设备 - 如:光驱、硬盘机、和喷墨/激光打印机都是容易发热的装置。

二、 减少热量产生和降低温度的方法

  方法一:想办法减少在主机板上的每一颗芯片的功率损耗。

  这可以从两个地方着手:第一、从芯片设计上动脑筋,也就是减少逻辑门的总数目(gate count)。第二、从半导体制程(process)上改善。然而,一旦功能确定以后,能够减少的逻辑门数目便有限。如果,我们可以不断地往次微米(sub-micro)的制程进步,那芯片的工作电压便可以由5伏特,降到3.3/3伏特,甚至可低到2.5伏特或者1.8伏特,那电源功率消耗至少可以减少二倍至三倍以上。


  可是,由于改变的是半导体制程,所以研发的时程相对也拉长很多,并且证验费用和初期生产成本都会提高。

  方法二:降低执行频率。

  在相同的数字电路中,电源消耗和工作频率是成正比的。所以,频率愈高则消耗的功率也愈高。如果我们不让芯片达到那么快的频率,那系统自然也不会产生那么多的热量。这完全不需要额外的成本就可以达到,是省成本的解决方案。但是,使用者买这个等级的pc就是希望能够执行得够快,若降低频率来执行,不会被客户或使用者所接受。

  方法三:利用风扇带走热量。

  用一台电风扇来吹走热气,我们就可以为计算机解决散热问题,这并不会额外增加多少成本,更重要的是不需要改变整个芯片的设计或制程。

  然而,风扇的马达也是相当耗电的,所以何时打开风扇及关掉风扇便是很重要的设计参数,否则我们是可以吹散热气,却达不到省电的效果。

三、 解决方案

  虽然intel极力想从cpu的设计和制程上的改善来减少热的问题,但是在没有散热系统的情形下还是会烧毁。可见得方法三是现阶段不能被取代的解决方案,然而风扇的开关控制和意外防患更需要温度传感器的协助才能完成。笔者从现在的pc机种所使用的解决方案,选取最具代表性的几个,供读者参考:


  * cpu - lm86(remote diode temp sensor)

  一般的温度传感器(无论是热敏电阻或ic温度传感器)都需要很长的时间才能够将热传导到传感器的核心部份。根据national内部的实验结果,从cpu把热传导到空气中,再从空气中传导到温度传感器中,这个过程至少需要20分钟以上的时间。如果散热片(heat sink)没装好或风扇

  现在的pc和笔记本计算机追求执行速度愈来愈快,功能愈来愈多。执行速度愈来愈快代表着单一芯片的工作频率愈来愈高,功率损耗也就愈来愈大;而功能愈来愈多,意味着许多我们能够想到的功能的芯片,都被厂商放到主机板上面了。例如:三合一主机板已经将声卡的芯片和简单功能的绘图卡芯片放入主机板了,lan-on-board的追求代表着未来的主机板已经能提供10/100mb/s的网络功能,有些高阶主机板甚至直接将scsi芯片也放入主机板中。

  速度变快和功能变多的结果就是电源功率需求也变得愈来愈高,从最初的100w到现在的250w/350w。换句话说,整个计算机系统会变得愈来愈热,散热的需求也就变得愈来愈重要。在构思散热方案的同时,正确地侦测系统或单一芯片的温度也格外地重要。

一、 在pc中,哪些地方会用到温度传感器?

  究竟在pc中最主要的热量产生的来源有哪些呢?了解热源和为什么会发热以后,我们便可以为它们找到解决方案。

  1、 cpu - 现在无论是intel的pentium 4或是amd的athlon cpu都已经超过1ghz。这代表着:如果没有良好的散热解决方案,在短短数秒钟的时间,我们就可以用cpu来煎蛋和煎小香肠了。(详情请参考 http://www6.tomshardware.com/cpu/01q3/010917/index.html)

  2、 绘图芯片或3d加速芯片 - 随着视觉效果的需求,绘图芯片和计算机游戏所依赖的加速芯片变得功能强大、设计很复杂且执行频率也很高,所以绘图芯片是主机板上产生热量的第二号因素。

  3、 电源供应器 - 自从交换式电源供应器普及后,变压器已经不再是电源部份的主要热量产生来源,而是做大电流切换动作的power mosfet。

  4、 系统内部的热流(机壳内部) - 我们一般人都会想到pc的机壳那么大,内部的温度再高也高不到那里去。可是正常的常规的半导体组件都只保证可以在摄氏零度到七十度之间工作,若系统内部的散热不良或散热装置工作不佳的话,也会造成系统的不稳定或甚至死机。

  5、 pc存储卡(pcmcia) - 由于pcmcia控制芯片的负担并不大,所以不会发出许多热量,但真正的凶手是pcmcia卡本身。理论上,包着铁壳的薄卡片是最容易散热的,但是因为pcmcia卡是完全密合地插入笔记本计算机中,所以没有办法直接散热到外面空气中。

  6、 导热管(heat pipe) - 本来导热管的发明就是要将热量从cpu带到计算机外部,但是导热管本身也会耗电,再加上出口地方的风扇没有转动的情形下,导热管就会变成另一号危险因素。由于它横跨的区域很大,所以伤害性相对也更大。

  7、 其它pc接口设备 - 如:光驱、硬盘机、和喷墨/激光打印机都是容易发热的装置。

二、 减少热量产生和降低温度的方法

  方法一:想办法减少在主机板上的每一颗芯片的功率损耗。

  这可以从两个地方着手:第一、从芯片设计上动脑筋,也就是减少逻辑门的总数目(gate count)。第二、从半导体制程(process)上改善。然而,一旦功能确定以后,能够减少的逻辑门数目便有限。如果,我们可以不断地往次微米(sub-micro)的制程进步,那芯片的工作电压便可以由5伏特,降到3.3/3伏特,甚至可低到2.5伏特或者1.8伏特,那电源功率消耗至少可以减少二倍至三倍以上。


  可是,由于改变的是半导体制程,所以研发的时程相对也拉长很多,并且证验费用和初期生产成本都会提高。

  方法二:降低执行频率。

  在相同的数字电路中,电源消耗和工作频率是成正比的。所以,频率愈高则消耗的功率也愈高。如果我们不让芯片达到那么快的频率,那系统自然也不会产生那么多的热量。这完全不需要额外的成本就可以达到,是省成本的解决方案。但是,使用者买这个等级的pc就是希望能够执行得够快,若降低频率来执行,不会被客户或使用者所接受。

  方法三:利用风扇带走热量。

  用一台电风扇来吹走热气,我们就可以为计算机解决散热问题,这并不会额外增加多少成本,更重要的是不需要改变整个芯片的设计或制程。

  然而,风扇的马达也是相当耗电的,所以何时打开风扇及关掉风扇便是很重要的设计参数,否则我们是可以吹散热气,却达不到省电的效果。

三、 解决方案

  虽然intel极力想从cpu的设计和制程上的改善来减少热的问题,但是在没有散热系统的情形下还是会烧毁。可见得方法三是现阶段不能被取代的解决方案,然而风扇的开关控制和意外防患更需要温度传感器的协助才能完成。笔者从现在的pc机种所使用的解决方案,选取最具代表性的几个,供读者参考:


  * cpu - lm86(remote diode temp sensor)

  一般的温度传感器(无论是热敏电阻或ic温度传感器)都需要很长的时间才能够将热传导到传感器的核心部份。根据national内部的实验结果,从cpu把热传导到空气中,再从空气中传导到温度传感器中,这个过程至少需要20分钟以上的时间。如果散热片(heat sink)没装好或风扇
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