放大器因电流而产生多少热量?(或者准确地温度测量……这完全是温度问题。)

问题:

What’s the best way to measure the die temperature of a small package op amp or similar device?

RAQ:  Issue 28

答案:

问题:测量小型封装的运算放大器或类似器件芯片温度的最佳办法是什么?

回答:测量结温或芯片温度的方法有几种,某些方法较优。第一个方法使用下面给出的经典结温方程:

            TJ = TA + PDϑJA 

结温TJ等于环境温度TA加上器件功耗PD与器件热阻θJA的乘积。根据我的经验,这种计算相当保守,得到的结温大约比实际结温高出30%~50%,具体情况取决于制造商。

另外一种方法是使用热电偶,对于较大型封装来说,这种测量方法较为准确;但在较小型封装器件使用时就会遇到问题。例如,SC70或SOT等小型封装贴敷热电偶的面积较小。即使您能在一个封装上贴敷热电偶,热电偶的热质量实际上起到散热器的作用,从器件上吸走部分热量,从而给测量结果带来误差。

第三种方法是用红外照相机。这种方法实际上是测量封装外部的壳温,能够准确地测量较小型封装的芯片温度。在大多数情况下,壳温与结温之差只是几度。这种方法的缺陷是红外照相机价格往往相当高,大约是数万美元。

最后一种方法最经济且最准确的测量芯片温度的方法是利用片上二极管作为温度传感器。从半导体物理学的角度,我们知道在PN结上施加恒流源后,结电压随着温度的变化大约是-1 mV/°C ~ -2 mV/°C。描绘二极管电压随着温度的变化特征可以使用户测量二极管电压,并很容易地确定芯片温度。其中的窍门找到可以在运算放大器中作为传感器的二极管。大多数运算放大器无法提供专门的测温二极管,但您可以使现有二极管履行测温功能。今天的大多数放大器,如果不是全部,都内置静电放电(ESD)保护二极管以及输入保护二极管。ESD二极管连接放大器的输入端与输出端,以提供摆幅。因此,可以连接这些二极管,并利用它们作为轮廓(outlined)测量运算放大器的芯片温度。欲了解如何进行这一测量的详细信息,请参阅“作为温度传感器的ESD二极管配对”,点击或进入下面的ADI公司不常见问题主页即可。

 

了解更多信息:

产品链接:

AD8061 - 低功耗、300 MHz 轨对轨放大器(单路)
AD8062 - 低功耗、300 MHz 轨对轨放大器(双路)
AD8063 - 低功耗、300 MHz 轨对轨放大器 (单路,带使能功能)
AD8021 - 适合16-Bit系统的低噪声高速放大器
ADA4937-1 - 超低失真度差分输入模数转换器(ADC)驱动器(单路)
ADA4431-1 - 内置负载检测功能的超低功耗标清视频滤波器

《模拟对话》杂志:

静电放电保护(ESD)二极管配对用作温度传感器

技术论文:

AN-892温度测量理论与实践技术
高速、高精度地测量计算机芯片温度 - 一种利用硅传感器与芯片外处理的新方法
应用工程师问答 - 6:运算放大器问题

设计帮助/工具:

交互式设计工具:功耗vs.管芯温度计算器

作者

John Ardizzoni

John Ardizzoni

John自2002年开始在ADI公司工作,担任高速放大器部门应用工程师。 加入ADI公司之前,他曾在IBM的RFIC应用部门和M/A-COM公司工作了20年。 John还是ADI公司“非常见问题解答”(RAQ)栏目的共同作者。 他拥有30多年的电子行业工作经验,曾撰写过许多文章和设计构想。