二極管測量CPU溫度的原理解析

來源：儀器儀表商情網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間：2015-09-06 編輯：荊楚

一般來說，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就會變得越來越熱，這是CPU內(nèi)部CMOS管耗散功率加大的體現(xiàn)，過高的溫度會影響系統(tǒng)的運(yùn)行，所以有必要采取措施來“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測量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，并加上電極引線就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱為二極管。由P區(qū)引出的電極為陽極，由N區(qū)引出的電極為陰極，如下圖所示，

溫度對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與流過它的電流i的關(guān)系為：

其中， Is為反向飽和電流，對于硅材料來說，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為絕對溫度，
kT/q可以用UT來代替，則

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

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，它就是通過使得兩個(gè)不同的電流流過二極管，并比較所產(chǎn)生的電壓來測量CPU溫度的。

從MAX1617的Functional Block Diagram可以看出，為了測量溫度，MAX1617首先使電流iD1流過二極管，然后再使電流iD2流過二極管，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溫度了，也就達(dá)到了測量溫度的目的。

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