測量PCB或環(huán)境溫度的PCB布局方法

我們都知道，熱量的傳遞通常是從高溫物體到低溫物體。通過強(qiáng)制系統(tǒng)(如冰箱)進(jìn)行能量傳遞，熱量可以從冷的區(qū)域傳遞到熱的區(qū)域。熱傳遞可以通過三種基本方法實(shí)現(xiàn)：

＊ 傳導(dǎo)
＊ 對流
＊ 輻射

我們更清楚一個(gè)事實(shí)：傳導(dǎo)是PCB中最普遍的熱傳遞方法。從微觀角度看，傳導(dǎo)是指激烈、快速移動或振動的原子和分子與鄰近的原子和分子相互作用，將它們的一部分能量（熱量）傳遞給這些相鄰的原子。

如果PCB的一端溫度較高，能量會向PCB溫度較低的一端傳遞。高速粒子碰撞低速粒子時(shí)，會與低速粒子發(fā)生凈能量傳遞。傳導(dǎo)的傳熱率是：

其中：

H =單位時(shí)間傳導(dǎo)的能量(焦耳/秒）
K =室溫下銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)(385W/(m.K)
A = PCB上銅的面積 T =溫度
i =熱的物體與冷的物體之間的距離

圖1顯示，如果熱的物體與冷的物體之間導(dǎo)熱介質(zhì)(如銅)的面積增加，那么熱量傳遞會更快。同樣地，如果銅的面積減小，傳熱率也會減小。通過常識可以推斷，兩個(gè)物體距離越遠(yuǎn)，冷的物體變熱所需的時(shí)間就越長。

圖1 .傳到的傳熱率

ps.銅是極好的導(dǎo)熱體，因此在很多PCB設(shè)計(jì)中用于熱源的散熱。銀和金剛石是僅有的兩個(gè)具有更好熱傳導(dǎo)系數(shù)的材料。

硬知識——用于測量PCB溫度的正確PCB布局

PCB熱量的60%至65%通過引腳傳遞到芯片熱傳感器。GND引腳連接到基板，因此，GND引腳與溫度傳感器和熱源之間的熱阻最小(如圖2)。

圖2.測量PCB溫度的正確布局

技巧來了——如何有效測量PCB溫度

如圖3所示，使用如下技巧可以確保溫度傳感器能夠跟蹤并精確測量PCB溫度和主要的熱源。

* 溫度傳感器和熱源要共用同一個(gè)GND平面
* 確保溫度傳感器所有的GND引腳都與熱源的GND平面相連
* 在PCB上，溫度傳感器與熱源應(yīng)盡可能相互靠近

圖3.數(shù)字溫度傳感器精確地跟蹤熱源的溫度

我們都希望使用1C溫度傳感器來測量PCB或者器件的溫度。因此，最好使用圖2和圖3中所示的PCB布局方法。

硬知識——用于測量環(huán)境溫度的正確PCB布局

當(dāng)然，有很多人是不需要測量PCB的溫度的，他們只想測量環(huán)境溫度。問題是，如何防止PCB上的熱源影響溫度傳感器對環(huán)境溫度的測量？使用如圖4所示的PCB布局設(shè)計(jì)，問題就能迎刃而解。

圖4.測量環(huán)境溫度的正確布局

技巧來了——如何有效測量環(huán)境溫度

使用如下技巧可以防止主要熱源的散熱對溫度傳感器產(chǎn)生影響，并能夠精確地監(jiān)測環(huán)境溫度。

* 使用散列GND平面。減少GND平面的面積來增加熱阻
* 溫度傳感器盡可能地遠(yuǎn)離熱源
* 為溫度傳感器提供單獨(dú)的GND平面，盡量減少與主GND平面的連接
* 使用窄的GND連接來增加熱阻
* 主熱源下面使用實(shí)心GND平面，并露出綠色阻焊膜。這樣可使主熱源散熱的熱阻最低

圖5.數(shù)字溫度傳感器精確地跟蹤環(huán)境溫度

有時(shí)候，我們希望監(jiān)測空氣溫度并利用1C溫度傳感器精確、線性、響應(yīng)速度快及使用方便的特點(diǎn)，那么最好選擇是使用圖4和圖5中所示的PCB布局方法。