整合提升準確度
雖然擁有小巧體積的非整合式溫度感測器可配置在更接近系統熱點處，熱反應也較快，但也會使系統更容易受到系統公差及雜訊所造成的誤差影響。負溫度係數(NTC)熱敏電阻便是一個例子，屬於最簡單的溫度感測器之一。熱敏電阻是可提供純感測功能的最小選項之一，但這些元件需要透過電阻器網路進行電壓或電流偏壓。總量測誤差成為由熱敏電阻公差、偏壓電阻器公差及電壓供應誤差構成的函數。離散式訊號鏈也會使系統容易受到雜訊影響，特別是使用NTC熱敏電阻的系統，這類系統在溫度上升時電阻的變化非常小。相關應用有兩種選擇，一是解決系統中因雜訊所造成的誤差，二則為使用更多元件來過濾訊號。即使考慮複合誤差，對此訊號鏈準確度反應的能力仍需視類比轉數位轉換器解析度而定。廠商如德州儀器(TI)推出的TMP61線性熱敏電阻系列雖可改善傳統NTC熱敏電阻的準確度與尺寸，但挑戰仍然存在。
不論終端應用大小為何，整合完整感測訊號鏈是確保準確溫度量測的不二法門。整合式溫度感測器不僅提供直接適用系統的準確度規格，更可減少外部電路並省去離散實作所需的 PCB布線，大幅縮小整體系統尺寸。舉例來說，為保護車用攝影機中的影像，設計人員常會將熱敏電阻電路連接至比較器，以偵測溫度臨界值。若影像感測器的最高操作溫度為 115°C，但系統溫度可達125°C，就需設定關機臨界值以避免造成永久損害。即使在100°C下，系統可以降低處理器速度、影像重新整理時間或其他參數，讓溫度不至達到需完全關機的點。
表1以TMP392整合式雙臨界值開關為例，說明該元件如何省下42%面積，以及使用熱敏電阻和比較器的離散實作。面積減少也可確保在0°C到70°C範圍內溫度感測準確度達±1.5°C，在–55°C至130°C 可達±3°C。
尺寸改善熱反應
整合溫度感測訊號鏈可降低系統級誤差並減少PCB空間，但熱反應的準確度與速度也與熱質量和感測元件配置相關。熱質量是物質儲存熱能源的能力。由於大型裝置通常熱質量較大，因此需花較多時間從環境吸收熱，系統對熱變化的反應就無法這麼快速。此概念雖然簡單，但溫度變化透過PCB或感測器周遭空氣的可能傳導路徑較為複雜。依應用的目標而定，可將元件與PCB上產生熱的元件隔離，或在耦合感測器時盡可能使其貼近產生熱的元件。
除了追求設計最佳化以測量所需溫度，工程師常需在縮小感測元件和提高整合程度間取捨。現在，不需要再做這樣的決定了。已有數位溫度感測器採用0.758mm ×0.758mm封裝，高度僅為0.15mm，比NTC熱敏電阻等傳統被動式元件更輕薄。這些輕薄的溫度感測器不僅可配置在靠近熱產生元件處，感測器體積小巧故可放置在處理器焊球間，以達最佳熱監控效果(圖1)。
縮小IC元件固然可幫助縮減系統尺寸，但溫度感測器尺寸才是影響系統效能的關鍵。現在，不需在對溫度變化做出快速反應，以避免短路或電池劣化時造成系統損害，以及保持最高準確度，以在需要熱停機時增加處理器或系統的熱限制間取捨，只要運用經優化的元件即可滿足這兩個目標。
(本文作者任職於德州儀器)
