贴片 NTC 热敏电阻：5G 电子设备应用及温度检测电路的实用案例

在当今电子技术飞速发展的时代，热敏电阻作为一种重要的电子元器件，在温度测量、控制和补偿等方面发挥着关键作用。其中，贴片 NTC 热敏电阻凭借其独特的性能，在 5G 电子设备中得到了广泛应用。

NTC 热敏电阻，即负温度系数热敏电阻，其阻值会随着温度的升高而明显减小。它主要用于温度测量、控制和补偿等，是一种常见的温度传感器。而 PTC 热敏电阻，指正温度系数热敏电阻，其阻值随温度升高而显著增大，不仅可用于温度测量与控制，还能作为加热元件，兼具灵敏元件、加热器和开关三种功能，被称为 “热敏开关”。

随着 5G 技术在各类设备中的广泛应用，5G 时代已然来临。与早期的 2G、3G 和 4G 移动通信相比，5G 具有通信速度快、处理信息量大、连接能力强等显著优势，能够满足高清图像、视频、虚拟现实等大数据量传输以及自动驾驶、远程医疗、物联网通信等实时应用的需求。同时，在连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率可达到 100Mbit/s，系统的协同化和智能化水平也大幅提升。然而，这些特点也导致 5G 设备中相关部件的负载增加，发热源增多，多个发热源之间还会相互影响传热。因此，以往针对单一发热源的处理措施，可能无法适用于 5G 电子设备中多个功能热点的情况。

在这样的背景下，监测基板上多个功能热点的温度，并根据电子设备的复杂功能控制发热源部件的性能显得尤为重要。例如，当 CPU 加载大型应用程序时，初始阶段温度较低，可全功率运行。但随着 CPU 温度升高，其性能会下降，且不能超过阈值温度。此时，如果向 CPU 供电的电源部分发热较大，且 CPU 能接收到来自电源部件的热量，那么 CPU 的温度可能会急剧上升。因此，需要同时考虑 CPU 周围和电源 IC 周围的温度，对每个器件的性能进行更精细的控制。

在基板上对器件进行温度控制时，还需考虑最终的过热保护，如显示警告或切换至关闭状态等。此外，不仅要考虑每个发热源和 IC、模块的内部温度，还要考虑彼此之间的热交换以及电子设备周围环境的温度变化。只有监控发热源周围的温度，才能实现有效的温度管理。

贴片 NTC 热敏电阻由于与相同 EIA 尺寸标准的片式电阻、电容、电感等一样适合表面贴装，具有配置自由度高、占用空间小的优点，并且能以简单的电路获得预期的精度，因此非常适合作为温度传感器放置在基板上需要测量的位置，实现对基板的温度监控。

同时，贴片 NTC 热敏电阻的生产工艺成熟，新品研发周期短，可大量生产具有不同特性的产品。通过增加相应的生产设备，还能扩大产能并实现微型化，从而降低成本。

接下来，我们来看一个使用贴片 NTC 热敏电阻的温度检测电路实例。

图 1. 贴片 NTC 热敏电阻产品图 (NYFEA)

将贴片 NTC 热敏电阻和贴片电阻串联，并施加恒定电压。此时，分压与贴片 NTC 热敏电阻的温度关系如图 3 所示。

图 2. 贴片 NTC 热敏电阻温度检测电路实例

图 3. 分压电压 (Vout) ** 的温度特性

在较宽的温度范围内，该电路可以获得非常大的电压变化，这种电压变化可作为温度信息进行处理，当温度超出阈值时会发出警示。值得注意的是，图 2 中电压变化很大，但在 AD 转换器 (ADC) 之前并未使用放大器。通常，电子装置中使用的传感器信号非常微弱，需要信号放大器进行放大，而贴片 NTC 热敏电阻是少数不需要放大器的传感器之一。

我们来考虑一下 ADC 的分辨率。假设施加至贴片 NTC 热敏电阻的电压与向微机内的 ADC 供给的电压相同，且 ADC 的输入范围为 0V~3V。如果 ADC 的分辨率为 10 位，那么量化单元 (LSB: Least Significant Bit) 约为 3mV。在 - 20℃～+85℃的温度范围内，单位温度的电压变化 (增益) 如图 4 所示。即使在增益最小的温度范围的上限和下限，也能获得约 10 mV/℃的增益。此时，1LSB 相当于约 0.3℃。即使安装在微型计算机中的 10 位 ADC，也可以预期约 0.3℃的温度分辨率。当然，在室温附近，增益可达到 30mV/℃以上，因此 1LSB 为 0.1℃以下。

图 4. ** 单位温度的电压变化 (增益)

使用配备有微型计算机的标准 ADC，可以通过简单的电路轻松形成温度检测电路。这也是贴片 NTC 热敏电阻广泛应用于电子设备温度检测的主要原因。

那么，使用普通贴片 NTC 热敏电阻和电阻的温度测量精度如何呢？我们再看一下图 3。该图展示了使用电阻值公差 ±1% 的贴片 NTC 热敏电阻和贴片电阻时的电压温度特性。通过对得到的电压的中心值和根据部件的最大公差等计算的电压上下限值进行绘图，由于差值几乎不可见，将中心值为零时的上下限值换算为温度的图表如图 5 所示。

贴片 NTC 热敏电阻凭借其独特的性能和优势，在 5G 电子设备的温度监测和控制方面具有重要的应用价值。随着电子技术的不断发展，贴片 NTC 热敏电阻有望在更多领域发挥更大的作用。