現在的PC和筆記本計算機追求執行速度愈來愈快，功能愈來愈多。執行速度愈來愈快代表著單一芯片的工作頻（pín）率愈來（lái）愈高，功率損耗也就（jiù）愈來愈大；而功能愈來愈多，意味著許（xǔ）多我們能夠想到的功能的芯片，都（dōu）被廠（chǎng）商放到主機（jī）板（bǎn）上麵了。例如：三合（hé）一主機板已經將聲卡的芯片（piàn）和簡單功能（néng）的繪圖卡芯片放入（rù）主機板了，LAN-on-board的（de）追求代表著未來（lái）的主機板已（yǐ）經能提供10/100Mb/s的網絡功能，有些（xiē）高階主機板甚（shèn）至直接將SCSI芯片也放入（rù）主機板中。

　　速度變快和功能變多的結果（guǒ）就是電源功率需求也變得（dé）愈來愈高（gāo），從最初的100W到現在的250W/350W。換句話說，整個計（jì）算機係統會變得（dé）愈（yù）來愈熱，散熱的需求也就變得（dé）愈來愈重要。在構思散熱方案的同時，正確地偵測係統或單一芯片的溫度也格外地重要。

　　一、在PC中，哪些地（dì）方會用到溫度傳感器？

　　究竟在PC中最主要的熱量產生（shēng）的來源有哪些呢（ne）？了解熱源和為（wéi）什麽會發熱以後，我們便（biàn）可以為它們找到解決方案。

　　1、CPU-現（xiàn）在（zài）無論是（shì）Intel的Pentium4或是AMD的AthlonCPU都已（yǐ）經超過（guò）1GHz。這代表著：如（rú）果沒有（yǒu）良好的散熱解決方案，在短短數秒鍾的時間，我們就（jiù）可以用CPU來（lái）煎蛋和煎小香腸了。

　　2、繪圖芯片（piàn）或3D加速芯片-隨著視覺效果的需求，繪圖芯片和計算機遊戲所依賴的加速（sù）芯片變得功能強大（dà）、設計很複雜且執行頻率也很高，所以繪圖芯片是主機板上產生熱量的第二號因素。

　　3、電源供應器-自從交換式電源供應器普及（jí）後，變（biàn）壓器已經（jīng）不再（zài）是電源部（bù）份的主要熱量產生來源，而是做大電流切換動作的PowerMOSFET。

　　4、係統內（nèi）部的熱流(機殼內部)-我（wǒ）們一般人都會想到PC的（de）機殼那麽大，內部的溫度再（zài）高也高不到那裏去（qù）。可是正常的常規的半導體組件都隻（zhī）保證可以在攝（shè）氏零度到七十度之間工作，若係統內部的散熱不良或散（sàn）熱裝（zhuāng）置工作（zuò）不（bú）佳的話，也會造成（chéng）係統的不穩定或甚（shèn）至死機。

　　5、PC存儲卡（PCMCIA）-由於PCMCIA控製（zhì）芯片的負擔（dān）並不大，所以不會發出許多熱（rè）量，但真正的凶手是PCMCIA卡本身。理論上，包著鐵殼的薄卡片是最容易散熱的，但是因為PCMCIA卡是完全密合地插入筆記本計算機中，所（suǒ）以沒有辦法直接散熱到外麵空氣中（zhōng）。

　　6、導熱管(HeatPipe)-本來導熱管的發（fā）明（míng）就（jiù）是要將（jiāng）熱量從CPU帶到計算機外部，但（dàn）是導熱管本身也會耗（hào）電（diàn），再加上出口地方的風扇沒有（yǒu）轉動的情形下，導熱管就（jiù）會變成另一號危險因素。由於它橫跨的區域很大，所以傷害性相對（duì）也更大（dà）。

　　7、其它PC接口設備（bèi）-如：光驅（qū）、硬（yìng）盤機、和噴墨／激光打印機都是容易發（fā）熱（rè）的裝置。

　　二、減少熱（rè）量產生和降低溫度的方（fāng）法（fǎ）

　　方法一：想辦法減少在主機板上的每一顆芯片的功率損耗（hào）。

　　這可以從兩個地方著（zhe）手：第一、從芯片（piàn）設計上動腦（nǎo）筋，也就（jiù）是減少邏輯（jí）門的總數目(GateCount)。第二、從半（bàn）導體製程(Process)上改善。然而，一旦功能確定以後，能夠減少的（de）邏輯門數目便有限。如果，我們可以（yǐ）不斷地往次微米(Sub-micro)的製程進步，那芯（xīn）片的工作電壓便可以由5伏特，降到3.3/3伏（fú）特，甚至可低到2.5伏特或者1.8伏特，那電源（yuán）功率消耗至少可以減少二倍至三倍以上（shàng）。

　　可是，由於（yú）改變的是半導體製程（chéng），所以研發的時程相對也拉長很多，並且證驗費用（yòng）和初期生產成本都會（huì）提高。

　　方法二：降低執行頻率。

　　在（zài）相同的數字電路中，電源消耗和工作頻率是成正比（bǐ）的。所以，頻率愈高則消耗的功（gōng）率也愈高。如果我們不讓芯片達到那（nà）麽快的頻率，那係統自然（rán）也不（bú）會產生那麽（me）多的熱量。這完全不需要額外的（de）成（chéng）本就可以達到，是省（shěng）成本的解（jiě）決（jué）方案。但是（shì），使用（yòng）者買這個等級的PC就是希望能夠執行得夠快，若降低頻率來執行，不會被客戶或使用（yòng）者所接受。

　　方（fāng）法三：利用風扇帶（dài）走熱量。

　　用一台電風扇來吹走熱氣，我（wǒ）們就可以為計算機（jī）解決散熱問題，這並不會額外（wài）增加多少成本，更（gèng）重要的是不需要（yào）改變整個芯（xīn）片的（de）設（shè）計或製程。

　　然而（ér），風扇的馬達（dá）也是（shì）相當耗電的，所以何（hé）時打開風扇及關掉風（fēng）扇便是很重要的設計參數（shù），否（fǒu）則（zé）我們是可以（yǐ）吹散熱氣，卻達不到省電的效果。

　　三、解決方案

　　雖然Intel極力想從CPU的設（shè）計和製程上的改善來減少熱的問（wèn）題，但是在沒有散熱係統的情形下還是會燒毀。可見得方法三是現階段不能被取代的解（jiě）決方案，然而（ér）風扇的開關控製和意外防（fáng）患更需要（yào）溫度傳（chuán）感器的協助才能完成。筆者從現在的PC機種所使用的解決方案，選取最具代表性（xìng）的幾（jǐ）個，供讀者參考：

　　*CPU-LM86(RemoteDiodeTempSensor)

　　一（yī）般的溫度（dù）傳感器(無論是熱敏（mǐn）電阻或（huò）IC溫度傳感器)都需（xū）要很長的時間才能夠將熱傳導到傳感器的核（hé）心部份。根據National內部的實驗結果，從CPU把熱傳導到空氣中，再從（cóng）空氣中傳導到溫度傳感器中，這個過程至少（shǎo）需要20分鍾以上的時間（jiān）。如果散熱（rè）片(HeatSink)沒裝好或風扇沒（méi）轉，不到二分鍾的（de）時間，使用者的CPU可能就會燒（shāo）毀（huǐ）。

　　所以，CPU廠商（shāng）(Intel和AMD)將一顆3904埋入芯片中，我們（men）稱這顆3904為遠（yuǎn）程二極管（guǎn）（RemoteDiode），因為（wéi）它離溫度傳感器本身（shēn）很遠。於是在短（duǎn）短幾個毫秒(mini-second)中，溫度傳感（gǎn）器便能精確地偵（zhēn）測到CPU內部的（de）溫度了。現在的技術要能做（zuò）到1℃的精確度已經不（bú）是很難（nán）的事（shì），而且會變成PC和筆記本計算機的一個重要（yào）的趨勢。

　　在LM86(圖1)的運用（yòng）實例（lì）中，通常T_CRIT_A的輸（shū）出信（xìn）號用來做過（guò）溫度保護的功（gōng）能（néng），我們稱之為熱保護（ThermalShutdown）。好處是當Windows或某一個應用程序造成係統死機時，LM86還能保護整個係統。而Alert這個輸出信號便可（kě）以做為軟件中斷，以達到ACPI規（guī）格的（de）要求。另外，LM86除了能接到CPU的（de）RemoteDiode之外，本身內部還有一顆傳感器（sensor），可以感測LM86所在的溫度。所以，前麵所提到的PC的係統溫度（dù）和（hé）筆記本計算機的導（dǎo）熱管，便可（kě）以使用LM86的本地傳感器來（lái）偵測，不需要（yào）再（zài）花額外的成本去買另（lìng）外一顆溫度傳感器。

　　*繪圖芯片或3D加速芯片-LM26,LM88

　　通常繪（huì）圖芯片也（yě）是不能被降頻來執行的，否則畫麵會變成慢動作播放一般。那最好的方法還是加一散熱風扇。在這裏（lǐ）就有兩個方式來激（jī）活和關閉風扇了，第一個是便宜的做法，用LM26來偵測溫（wēn）度(如圖2)，等達到某一（yī）個界限時便激（jī）活風扇，若溫度降下來了（le），便自動關閉風扇。第二是采LM88來設（shè）計時髦的4段變速風扇控製器(如圖（tú）3)，讓不同溫度（dù）的狀況能夠有不同的（de）轉速。

　　*PowerMOSFET-LM26

　　無（wú）論是PC的電源（yuán）供應器或者是筆記本計（jì）算機中的DC-DC轉換模塊，內部都會有一顆很燙的PowerMOSFET。雖然電源部份都有一個風扇隨時在轉（zhuǎn）動，但是我們必須設想（xiǎng）一件事：萬（wàn）一風（fēng）扇壞掉了，或者內部電路有發生短路（lù）的時候，怎麽（me）辦？利用LM26的過溫度保護（hù）功能，在極限溫度時能夠自動關閉電源而達到關閉（Shutdown）或甚至恢複（Recovery）的功能。

　　*PCMCIA-LM88

　　LM88本身並不被設計來做為風扇的4段變速控製器，而是能同時（shí）偵測二個待測物。一般筆記本計算機的PCMCIA插槽都有兩個，所以LM88是（shì）用來偵測PCMCIA的最佳選擇。由於LM88不需（xū）要用軟件（jiàn）來控製，所以我們不用擔心Windows死機或藍屏幕(BlueScreen)的（de）問題。

　　四、如何使用LM86、LM26和LM88這三顆芯片？

　　單就上（shàng）一節的內（nèi）容，雖然（rán）我們了解到這些解決方案可以幫（bāng）助我解決過熱的問題，但許多讀者想問如何把這些芯片用（yòng）到PC係統中？接著，我們來討論一些如何使用這（zhè）些芯片的技巧：

　　*LM86-準確度為±1℃的溫度傳感器（qì）

　　首先（xiān），我們（men）從LM86的技術規格資料看LM86所具有的特性。

　　表1:LM86技術規格表

　　電源供應電壓3.0V～3.6V

　　消耗電流0.8mA

　　溫度感測準（zhǔn）確度±1℃＠60to100℃

　　工（gōng）作溫度-55℃～+125℃

　　ADC分辨率11位

　　串行界麵（miàn）SMBus2.0

　　封裝SOP-8或MSOP-8

　　LM86所具有的主要特色是±1℃的準確度和可由數字界麵讀（dú）寫內部寄存器(Register)，我們先來看看為何LM86能夠達（dá）到這些功能呢？在圖（tú）4中我們呈現了LM86內部結構，在左上方（fāng）的（de）溫度感測電路(TemperatureSensorCircuit)中National運用了她所特（tè）有的技術（shù），可以增

　　強（qiáng）遠距二極管(RemoteDiode)感測的準確度。

　　另外，中央上方的Δ-ΣADC(模擬（nǐ）-數字轉換器)也是增加準確度的重要功臣，我們（men）可以把它想（xiǎng）象成在轉換時（shí）間，將信號取樣了數千次，再求（qiú）得平均值般地將數字信號輸（shū）出，所以從模擬輸入端所帶進來的噪聲便因此而濾（lǜ）掉了。當我們取得了相當準確的數字信號後，無論我們（men）對它（tā）們施予（yǔ）任何數字電路運算，都已（yǐ）經不會再（zài）影響準確度了。

　　在LM86的8支腳中，電源(Power)和接地(Ground)是固定的，而D+/D-是接到（dào）CPU的遠距二極管，SMBData/SMBClock則接到（dào）係統的SMBus上。唯獨/Alert和/T_Crit_A比較有爭議（yì）性，第三節中所描述的應用例子是最（zuì）常用的設計，值得我們注意的是這兩支腳都是集電極開路的，所以在外部電（diàn）路上必須加（jiā）上提升電阻(Pullupresistor)。

　　*LM26--精確度為±3℃的溫度調節器

　　相同地，我們也先（xiān）瞧瞧LM26的技術（shù）規格，再進一（yī）步討論：

　　在電（diàn）源部份，我們放寬了輸入電源的（de）範圍從2.7V到5.5V，也就是說，這一顆芯片並不隻是可以用在PC或是筆（bǐ）記本電腦中，它甚至（zhì）可以用在任何消費性電子產品及可（kě）攜式產品上。由於它的功率損耗（hào）隻（zhī）有20uA，使用兩顆堿性電池(200mA-hr)就可以有（yǒu）一年（nián）以上的電池壽命。

　　表2:LM26技術規格表

　　電源供應電壓2.7V～5.5V

　　消耗（hào）電流（liú）20uA(最大（dà）40uA)

　　溫度感測準確度±3℃

　　磁現象的溫（wēn）度區間（jiān）2℃或10℃

　　工（gōng）作溫（wēn）度-55℃～+110℃

　　溫度設定點由供應廠商設定（dìng）

　　串行界麵無

　　封裝SOP-23

　　200mA-小時/20uA=10000小時=416天（tiān）=1.14年

　　由於LM26並沒有串行界麵和微處理機相連（lián）接，所以不需要任何的軟件支持。在設計（jì）時的考（kǎo）慮就更加簡（jiǎn）單了，隻要將電源和地線接上，給予HYST腳位高電位或是低電位，則隻要（yào）溫度達到設定點時，/OS就會有輸（shū）出（chū）。唯一需要注意的是設定（dìng）點溫度是由客戶通知供貨商(國家半導體)，再由供貨商在工廠中燒錄而成的。

　　圖５：LM26結構圖

　　*LM88--精確度（dù）為±3℃的溫度調節器

　　由於LM88和LM86、LM26的設計理（lǐ）念都完全不一樣，所以我們反過來先看LM88的結構圖(如（rú）圖6)。

　　在外接（jiē）的遠距二極管方麵有D0+、D-和D1+三支接腳，其實這代表著它可以同時接到兩顆遠距二極管，而（ér）且它（tā）們的D-是可以共（gòng）同接在（zài）一（yī）起以節（jiē）省腳位數的。此外，雖在LM88中放入Δ-ΣADC(模擬-數字轉換（huàn）器)，但（dàn）是（shì）沒有數字的串（chuàn）行界麵，這代表著我們不（bú）需（xū）要透過微處理機或CPU來控製LM88。至於我們所提到的溫度設定點則和LM26一樣，必須要由供貨商來燒錄。

　　雖然在過去的PC和筆記本計算機中，溫度傳感器並不起眼，也沒有（yǒu）工程師會去注意它的重要性，更不用說使用者能感覺到它的存（cún）在。但是，對整個係統這些重要芯片來說，它是很重要的（de）保護者，尤（yóu）其是當（dāng）係統愈來（lái）愈高速且（qiě）愈來愈熱之後，它的重要性也會更加明顯，並（bìng）且能左（zuǒ）右係統的穩定性。希望本文能夠帶給讀者一個清（qīng）晰的印象，究竟溫度傳感（gǎn）器在PC係統中是扮演哪些（xiē）角色？也希望工程師在驗證係統穩定性時，不妨考慮一下溫度傳感器（qì）的一些重要參數和功用。