二极管测量CPU温度的原理解析

 简介：一般来说，时钟频率跑的越快，则CPU每秒所能完成的运算次数就越多，性能自然更好，但是，随着时钟频率的增加，CPU就会变得越来越热，这是CPU内部CMOS管耗散功率加大的体现，过高的温度会影响系统的运行，所以有必要采取措施来“监控”CPU的温度，把它限制在一定温度范围内，以确保CPU的可靠运行。

由于二极管制造工艺的特殊性，我们可以利用二极管的伏安特性来测量CPU的温度，它的伏安特性如下图：

 

 

众所周知，将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了半导体二极管，简称为二极管。由P区引出的电极为阳极，由N区引出的电极为阴极，如下图所示，

 

 

温度对二极管的性能有较大的影响，这是由于半导体材料的特性所致，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加1oC，正向压降减小约2mV，可以从下图看出，

 

 

由半导体理论可以得出，PN结所加端电压u与流过它的电流i的关系为：

 

 

其中， Is为反向饱和电流，对于硅材料来说，Is约为10pA;

q为电子的电量，q=1.6*10-9C;

k是玻耳茨曼常数，k=1.38*10-23 J/K;

T为绝对温度，

kT/q可以用UT来代替，则

 

 

常温下，即T=300K时，UT约为26mV。

对于足够大的电压，二极管方程可以近似写成：

 

 

那么，二极管两端的电压可以推导出为：

 

 

一个比较典型的应用例子就是美信公司的MAX1617，它就是通过使得两个不同的电流流过二极管，并比较所产生的电压来测量CPU温度的。

 

 

从MAX1617的Functional Block Diagram可以看出，为了测量温度，MAX1617首先使电流iD1流过二极管，然后再使电流iD2流过二极管，所产生的电压分别是uD1和uD2，它们的差为：

 

 

因此只要确定了iD1和iD2，那么上式中的电压差就正比于绝对温度了，也就达到了测量温度的目的。