缺少熱分析將使設(shè)計心血面臨危險

此外，如果處理器溫度在熱跳變點以上，則該監(jiān)控器將產(chǎn)生一個外部信號(PROCHOT#)。它還以可生成一個中斷信號。如果該監(jiān)控器失效，則將產(chǎn)生一個特殊信號(THERMTRIP#)，以提示若不立即關(guān)斷內(nèi)核電壓，則很快就會出錯。

AMD采用的是一種類似的方法。該公司的“Thermal Design Guidelines”白皮書提供諸如散熱片的最大長度、寬度和高度等規(guī)范以及散熱片和風(fēng)扇材料要求等規(guī)范信息。

雖然由于CPU需消耗很多熱而成為一個重要的散熱目標(biāo)，但也不應(yīng)忽視其它系統(tǒng)部件。此時，一些簡單計算及一些基本熱管理理論將發(fā)揮作用。

把結(jié)點與散熱片連接在一起

熱管理把熱從半導(dǎo)體結(jié)擴散到附近環(huán)境中。典型情況是，熱從半導(dǎo)體被傳導(dǎo)到封裝，然后再到熱擴散器(散熱器)，最終到周邊環(huán)境。你的設(shè)計也許沒有散熱器，也即采用的是類似風(fēng)扇和管線等其它技術(shù)。

但一般理論是一樣的：把熱從一小區(qū)域擴散向一個大區(qū)域。根據(jù)熱傳導(dǎo)的基本理論，材料的熱導(dǎo)率與熱流動的垂直區(qū)域和溫度梯度成比例。

結(jié)溫是半導(dǎo)體結(jié)的工作溫度(一般以℃表示)，在這里產(chǎn)生的熱最多。指定參考點(如結(jié)或殼體)的熱阻抗是每單位功耗(一般以Ｗ表示)高于一個外部參考點(如：因腳、殼體或環(huán)境溫度)的有效溫升(一般以℃表示)。

熱阻抗以θLetter1Letter2表示(即：θCA或θJA)。Letter1是指定參考點，且該字母一般表示該參考的初始值(即，C=殼體；J=結(jié))。Letter2是外部參考點且具有類似的表述結(jié)構(gòu)(即：A＝環(huán)境)。

粗略計算

當(dāng)執(zhí)行一個正式熱分析時，目標(biāo)是提供理解熱是如何形成并如何在系統(tǒng)內(nèi)流動的完整把握。但在開發(fā)階段初期，一個簡單的大致估算也許就足夠了。

想法是，在上電后，對發(fā)熱情況有個大致把握。另一條規(guī)避無意間招致縮短平均無故障時間的途徑是使器件或系統(tǒng)過熱。

一旦進行計算，就應(yīng)大致了解你所用熱管理方法所需的復(fù)雜程度。也即，是打算再增加一個散熱器還是需熱管的更新奇方案或其它一些采用熱擴散、強制氣流甚至新材料的混合方案？即使借助簡單的類似增加熱過孔等手段就可滿足要求，未雨綢繆、防患未然也總比事后“付之一炬”好得多。

那如何進行粗略熱分析呢？據(jù)Flomerics的電子制冷工程督導(dǎo)Byron Blackmore介紹，首要進行的是PCB正反兩面的總體功率密度計算?！翱赏ㄟ^計算總體功耗并除以表面積來表示它，”他說。

Blackmore還提供一個大致經(jīng)驗規(guī)則：若計算顯示，你設(shè)計的功耗密度超過1.5W/in.2，就應(yīng)考慮增加其它措施以避免使熱產(chǎn)生連帶影響。

Paisner還連帶給出了一些指導(dǎo)數(shù)據(jù)?！皼Q定是否采取額外舉措的一個關(guān)鍵決定性因素是溫度，”她說。85℃以內(nèi)可接受，85℃到100℃可能也行、但要小心從事。但，在100℃以上，一般應(yīng)采取附加措施。當(dāng)然，除絕對溫度外，你還應(yīng)考慮隨著系統(tǒng)條件的改變，溫度會如何隨之變化。

如何實現(xiàn)？“用每個器件在PCB可能工作的最高溫度下的最大功耗并除以表面積，然后對PCB的另一面重復(fù)該計算，”Blackmore說。然后，你必須找到熱阻抗(即：θJA)并乘以預(yù)期的功耗以確定高于環(huán)境溫度的溫升?，F(xiàn)在，將該值與器件標(biāo)稱的最高溫度相比。

注意：列出的θJA是就“凝滯的空氣”說的，你必須把其它因素考慮在內(nèi)，特別是你計劃使空氣在系統(tǒng)中流動時。一些數(shù)據(jù)手冊也許給出在特定氣流流動速率下器件的熱阻抗(即：θJMA)。但顯然，若你的設(shè)計接近這些極限值之一，你或許應(yīng)考慮增加其它熱管理措施，且也許還是該考慮采用仿真軟件的時候了。

對給定設(shè)計來說，這些計算也許足夠了，特別是若系統(tǒng)框架有許多自由空間時更是如此。那么，何時需要額外的熱分析呢？

“理想情況是，你該做兩次熱分析：一次是當(dāng)該項目就PCB大小和將采用的器件有大致概念后；另一次是基本布線完成后，”Rosato說。重復(fù)一遍，根據(jù)你的系統(tǒng)，在該布局后階段，你應(yīng)考慮利用熱分析軟件實施準(zhǔn)確得多的仿真(圖1)。