熱設計 - 單片機硬件參數(shù)設計解析

　　電子元件密度比以前高了很多，同時功率密度也相應有了增加。由于電子元器件的性能會隨溫度發(fā)生變化，溫度越高其電氣性能會越低。

　　(1)數(shù)字電路散熱原理

　　半導體器件產(chǎn)生的熱量來源于芯片的功耗，熱量的累積必定導致半導體結點溫度的升高。隨著結點溫度的提高，半導體器件性能將會下降，因此芯片廠家都規(guī)定了半導體器件的結點溫度。在高速電路中，芯片的功耗較大，在正常條件下的散熱不能保證芯片的結點溫度不超過允許工作溫度，因此需要考慮芯片的散熱問題。

　　在通常條件下，熱量的傳遞通過傳導、對流、輻射3種方式進行。

　　散熱時需要考慮3種傳熱方式。例如使用導熱率好的材料，如銅、鋁及其合金做導熱材料，通過增加風扇來加強對流，通過材料處理來增強輻射能力等。

　　簡單熱量傳遞模型：熱量分析中引入一個熱阻參數(shù)，類似于電路中的電阻。如果電路中的電阻計算公式為R=ΔE/I，則對應的熱阻對應公式為R=Δt/P(P表示功耗，單位W;Δt表示溫差，單位℃)。熱阻的單位為℃/W，表示功率增加1W時所引起的溫升。考慮集成芯片的熱量傳遞，可以使用圖5描述的溫度計算模型。

　　由上所述，可推導出

　　Tc=Tj-P× RJC

　　也就是說，當Tc實測值小于根據(jù)數(shù)據(jù)手冊所提供數(shù)據(jù)計算出的最大值時，芯片可正常工作。

　　(2)散熱處理

　　為了保證芯片能夠正常工作，必須使Tj不超過芯片廠家提供的允許溫度。根據(jù)Tj=Ta+P×R可知，如果環(huán)境溫度降低，或者功耗減少、熱阻降低等都能夠使Tj降低。實際使用中，對環(huán)境溫度的要求可能比較苛刻，功耗降低只能依靠芯片廠家技術，所以為了保證芯片的正常工作，設計人員只能在降低熱阻方面考慮。

　　結 語

　　以上提到的高速單片機設計思想和方法，目前已經(jīng)在國外的公司得到實踐和發(fā)展，但是國內這方面的研究和實踐還很少。該設計思想在我們公司實踐、摸索，提高了產(chǎn)品可靠性。在這里推薦給各位同行，期望共同探討。