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温度传感器在PC散热方面的解决方案luonan导语：如今PC和笔记本电脑所追求的重点，不外是执行速度愈来愈快，功能愈来愈多。如今PC和笔记本电脑所追求的重点，不外是执行速度愈来愈快，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，功率损耗也愈来愈大；而功能愈来愈多，意味着很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。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到如今的250W/350W。换句话讲，整个电脑系统也愈来愈热，散热的需求也愈来愈普遍。在构思散热方案的同时，准确地侦测系统或单一芯片的温度也格外地重要。否则，就可能会产生散热系统在低温的时候启动，但在高温的环境中关闭功能，不仅达不到散热的效果，甚至会使系统不正常地损坏。那么，究竟在PC中最主要的热量产生的;有哪些呢？了解热源和为什么会发热以后，我们便能够为它们找到解决方案。1CPU如今无论是Intel的Pentium3和Pentium4，还是AMD的K7CPU都已经超过1GHz。这意味着：假如没有良好的散热的解决方案，在短短数秒钟内，将有可能导致系统被烧坏。2绘图芯片或3D加速芯片随着视觉效果的需求，绘图芯片和电脑游戏所依靠的加速芯片功能变得强大、设计很复杂且执行频率也变很高，所以绘图芯片是主机板上产生热量的第二大;。3电源供给器自从交换式电源供给器普及后，变压器已经不再是电源部份的主要热量产生;，而是做大电流切换的PowerMOSFET。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哪里去。可是常规的半导体元件都只保证可在070°C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，甚至死机。5PCMCIA卡由于PCMCIA控制芯片的负担并不大，所以不会发出很多热量，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，但是由于PCMCIA卡是完全密合地插入笔记本电脑中，所以没有办法直接散热到外面空气中。6导热管HeatPipe本来导热管的发明就是要将热量从CPU带到电脑外部，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;。由于它横跨的区域很大，所以伤害性相对也更大。7其他PC周边设备如：光碟机、硬碟机、和喷墨雷射印表机都是容易发热的装置。减少热量和降低温度的方法减少热量和降低温度的方法方法一：减少主机板上的每一个芯片的功耗这能够从两方面着手：第一，从芯片设计上动脑筋，也就是减少逻辑门的总数目GateCount。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很有限；换句话讲，再笨的研发团队也不致于设计出比别人大20%以上的芯片。于是，我们只能尽可能往制程上努力。假如，我们能够不断地往次微米Sub-micro的制程推进，芯片的工作电压便能够由5V，降到3.3/3V，甚至可低到2.5V或者1.8V，电源功率消耗至少能够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：降低执行频率在一样的数位电路中，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。假如，我们不让芯片有那么快的频率，系统就自然不会产生那么多的热量。这完全不需要额外的成本就能够到达，是省成本的解决方案。但是，使用者会买这个等级的PC就是希望能够执行得够快，若降低频率来执行，不见得会被客户或使用者所接受。方法三：利用风扇带走热量我们在家里或办公室中，若天气实在太热了，最简单有效的方法就是装一台冷气机；没有钱的话，可以以买一台电风扇来吹走热气。利用这个概念，我们就能够为如今的电脑机种甚至旧电脑解决散热问题，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和制程。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，否则我们是能够吹散热气，却达不到省电的效果。解决方案固然Intel竭力想从CPU的设计和制程上的改善减少热的问题，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。笔者从如今的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-LM86一般的温度传感器无论是热敏电阻或IC型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。根据美国国家半导体内部的实验结果，从CPU把热传导到空气中，再从空气传导到温度传感器中，这个经过至少需要20分钟以上的时间。假如，散热片HeatSink没装好或风扇不转，那么不到二分钟，CPU就会和被烧坏。所以，CPU厂商将一颗3904埋入芯片中，我们称这颗3904为RemoteDiode，由于它离温度传感器本身很远。在短短几个毫秒mini-second中，温度传感器便能准确地侦测到CPU内部的温度了。如今的技术要能做到1°C的准确度已经不是很难的事，而且会变成PC和笔记本电脑的一个重要的趋势。在LM86的运用实例中，通常T_CRIT_A的输出信号会被用做过温度保护的功能，我们称之为温度保护。好处是当Windows或某一个应用程式造成系统死机时，LM86还能保护整个系统。而Alert这个输出信号便能够做为软件中断，以到达ACPI规格的要求。另外，LM86除了能接到CPU的RemoteDiode之外，本身内部还有一颗传感器，能够感测LM86所在的温度。所以，前面所提到的PC的系统温度和笔记本电脑的导热管，便能够使用LM86的本地传感器来侦测，不需要再花额外的成本去买另外一颗温度传感器。绘图芯片或3D加速芯片-LM26，LM88通常绘图芯片也是不能被降频来执行的，否则画面会变成慢动作播放一般。那最好的方法还是加一颗散热风扇。在这里就有两个方式来启动和关闭风扇，第一个是便宜的做法，用LM26来侦测温度如图2，等到达某一个界线时便启动风扇，若温度降下来，便自动关闭风扇。第二是采用LM88来设计4段变速风扇控制器如图3，让不同温度的状况能够有不同的转速。PCMCIA-LM88LM88本身并不是用来做风扇的4段变速控制器，而是能同时侦测二个待测物。一般笔记本电脑的PCMCIA插槽都有两个，所以LM88是用来侦测PCMCIA的最佳选择。由于LM88不需要用软件来控制，所以我们不用担忧Windows死机或蓝萤幕BlueScreen的问题。结语固然温度传感器在PC和笔记本电脑中毫不起眼，没有工程师会去注意它的重要性，更不用讲使用者能感觉到它的存在。但是，对整个系统芯片来讲，它扮演着重要的保护角色，就像人们背后的天使总是默默守护着系统的安全和稳定性。0