問(wèn)：根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格估算高速放大器的結(jié)溫有多準(zhǔn)確？可以很容易地測(cè)量結(jié)溫嗎？

答：很多年前，我和應(yīng)用工程師一起討論了從環(huán)境溫度計(jì)算結(jié)溫的經(jīng)典方法（T A ），功耗（P D ）和熱阻θ JA ），如公式1所示。

T J = T A + P D θ JA （1）

他告訴我一種替代方法，通過(guò)使用片上輸出級(jí)保護(hù)二極管作為溫度傳感器，獲得了流行的3端穩(wěn)壓器的結(jié)溫。他的公司在常規(guī)測(cè)試和評(píng)估過(guò)程中使用保護(hù)二極管測(cè)量穩(wěn)壓器的結(jié)溫。此溫度傳感技術(shù)也可用于高速運(yùn)算放大器。

在圖1中，二極管D3和D4保護(hù)運(yùn)算放大器免受靜電放電（ESD）造成的損壞。二極管D1和D2保護(hù)高速運(yùn)算放大器的輸入差分對(duì)免受反向電壓擊穿的破壞性影響。專(zhuān)用二極管和PN結(jié)通常用作溫度傳感器，但ESD和輸入保護(hù)二極管也可用于測(cè)量溫度。

使用二極管作為溫度傳感器的原理很簡(jiǎn)單。施加恒定電流后，二極管或PN結(jié)上的電壓將隨溫度降低約1至2 mV /°C。溫度變化可以與查找表或公式一起使用，以計(jì)算任何給定二極管電壓的溫度;在這種情況下，可以確定高速運(yùn)算放大器的芯片溫度。

二極管電壓與溫度的關(guān)系可以通過(guò)將放大器放置在溫度室中，并將恒定電流施加到ESD二極管結(jié)（選擇0.5 mA以避免自加熱對(duì)二極管結(jié)的影響），如圖2所示。將溫度設(shè)置為25°C，將器件“浸泡”幾分鐘，然后記錄電壓。二極管。在-40°C和+ 85°C重復(fù)上述操作。采用三個(gè)點(diǎn)，可以確定斜率。

通過(guò)使用等式2的點(diǎn)斜率形式得出二極管電壓隨溫度的表達(dá)式。任何二極管電壓的溫度都可以然后很容易計(jì)算。

y - y 1 = m（ x - < em> x 1 ）（2）

使用上述步驟評(píng)估AD8063通用300 MHz軌到軌放大器上的ESD二極管產(chǎn)生-1.2 mV /°C的斜率。代入等式2，結(jié)果如下：

y = -0.0012 x V /°C + 0.887 V（3）

求解x可以從中計(jì)算出芯片溫度電壓讀數(shù)：

x = -833.3 y °C / V + 739.2°C（4）

接下來(lái)， AD8063的功耗為1/4瓦;這種耗散提供足夠的電壓擺幅，以精確測(cè)量二極管電壓的變化。 AD8063采用+ 5V和-3V電源供電，可配置為驅(qū)動(dòng)20歐姆負(fù)載，如圖3所示。放大器的靜態(tài)電流為5.5 mA，無(wú)負(fù)載時(shí)功耗為44 mW。輸入端施加1 V直流信號(hào)，輸出端產(chǎn)生50 mA負(fù)載電流。輸出晶體管的壓降為4 V.負(fù)載為50 mA時(shí)，放大器的功耗為200 mW，總功率為244 mW。允許AD8063加熱幾分鐘。電路切換回圖2所示的配置，并讀取二極管電壓。平均電壓為817 mV，對(duì)應(yīng)的結(jié)溫為58.4°C。

為了驗(yàn)證結(jié)果，使用紅外攝像機(jī)測(cè)量外殼溫度。據(jù)我們的封裝工程師介紹，結(jié)溫比外殼溫度高約1°C至2°C。 IR測(cè)量產(chǎn)生的外殼溫度為58.7°C（見(jiàn)圖4）。考慮到塑料封裝的熱效應(yīng)，結(jié)溫約為60°C。因此二極管電壓和IR測(cè)量提供了良好的相關(guān)性。

使用公式1計(jì)算結(jié)溫，并且θ JA 為230°C / W（來(lái)自AD8063數(shù)據(jù)表），結(jié)溫為83.7°C，相差43％！向后的工作方程式1提供大約130℃/ W的實(shí)際θ JA 。本數(shù)據(jù)表中的θ JA 非常保守，確保了穩(wěn)健可靠的設(shè)計(jì)。對(duì)于更真實(shí)的結(jié)溫，ESD二極管測(cè)量技術(shù)被證明是獲得精確管芯溫度的合理方法。

本系列的后續(xù)文章將展示ADM1021A系統(tǒng)溫度監(jiān)控器如何使用輸入保護(hù)二極管直接測(cè)量放大器的結(jié)溫。

作者要感謝Glen Wiegand和Jerry McCarthy幫助他們收集測(cè)試數(shù)據(jù)。