以低功耗實現(xiàn)最佳散熱性能
設(shè)計便攜式PC或筆記本電腦的散熱系統(tǒng)時,為了有效地利用電池資源,同時確保非散熱區(qū)能夠工作在保持其最大特性的工作溫度,必須考慮一系列的散熱問題。
隨著計算機(jī)處理性能的不斷提高,其功耗也日益提高。在PC和服務(wù)器系統(tǒng)中,這會帶來一些散熱問題,而在要求高性能的便攜式PC中,其功耗問題會導(dǎo)致復(fù)雜的散熱和電源管理問題。
設(shè)計便攜式PC或筆記本電腦的散熱系統(tǒng)時,為了有效地利用電池資源,同時確保非散熱區(qū)能夠工作在保持其最大特性的工作溫度,必須考慮一系列的散熱問題。在正確的溫度限度內(nèi)工作可延長平均無故障工作時間(MTBF)。
從物理角度來看,一個重要的指標(biāo)是散熱設(shè)計功耗(TDP),這是一個基于最壞應(yīng)用情況的處理器功耗目標(biāo)。通過使用TDP,系統(tǒng)工程師可設(shè)計出對處理器進(jìn)行適當(dāng)散熱的系統(tǒng)。在便攜式設(shè)備的情況下,機(jī)箱設(shè)計、散熱片和散熱管都從成本和開發(fā)角度再次提出設(shè)計問題。為了開發(fā)出好的散熱解決方案,必須將整個系統(tǒng)(包括最壞情況下的處理器功耗)作為一個大的無源散熱片來考慮。如果采用風(fēng)扇散熱,設(shè)計工程師必須仔細(xì)考慮與元件放置及機(jī)箱設(shè)計相關(guān)的氣流和空氣動力學(xué)的影響,以使風(fēng)扇的效力最佳。
最新的移動處理器提供三種溫度監(jiān)測機(jī)理：
(1)內(nèi)部熱敏二極管(一種可用于測量管芯溫度的PNP三極管)
(2)內(nèi)部管芯溫度測量方案,可自動降低CPU時鐘速率以保持安全溫度(PROCHOT#信號)。
(3)溫控跳閘開關(guān),當(dāng)管芯溫度達(dá)到135℃左右時關(guān)閉處理器并且發(fā)出THERMTRIP#信號。
便攜式和筆記本電腦系統(tǒng)中最熱的元件通常是處理器以及圖形和內(nèi)存控制器集線器(GMCH),所以保持這些芯片的理想溫度是散熱控制中重要的第一步。通過集成在管芯內(nèi)的特別設(shè)計的三極管直接監(jiān)測管芯的溫度,允許用一個智能風(fēng)扇速度控制器來直接監(jiān)測管芯的溫度。由于直接監(jiān)測和智能地散熱處理器的管芯溫度,所以系統(tǒng)的工作溫度可更接近于維持要求的MTBF所需要的溫度。
內(nèi)部熱敏二極管
片內(nèi)熱敏二極管的溫度可以利用一個工作在恒定電流的二極管(或一個三極管的基射極結(jié)電壓)的負(fù)溫度系數(shù)來監(jiān)測�？梢酝ㄟ^直接測量下式中的Vbe來獲取溫度值：
Vbe=(nKT/q)ln(Ic/Is)
令人遺憾地,這種方法需要校準(zhǔn)以消除Is絕對值的影響,因為Is隨不同三極管而變化。一種更好的方法是當(dāng)同一三極管的集電極流過兩個不同的電流時測量其Vbe的變化,其結(jié)果由下式給出：
ΔVbe=(nKT/q)ln(N)
其中,K為玻爾茲曼常數(shù),q為電子電荷(1.6×10-19庫侖),T為K氏絕對溫度,N為兩次流過集電極電流之比,n為熱敏二極管(TD)的理想比例因子。
為了測量Vbe,傳感器在I和NI兩個工作電流之間切換。由此得到的波形通
