問：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？結(jié)溫是否易于測(cè)量？

答：許多年前，我和一位應(yīng)用工程師同事談到了從環(huán)境溫度（T一個(gè)）、功耗（PD），和熱阻 θJA），如公式1所示。

TJ = TA + PDθJA ? ? ? ? ?(1)

他告訴我一種替代方法，通過使用片上輸出級(jí)保護(hù)二極管作為溫度傳感器來獲得常用3端子穩(wěn)壓器的結(jié)溫。他的公司在日常測(cè)試和評(píng)估期間使用保護(hù)二極管測(cè)量穩(wěn)壓器的結(jié)溫。這種溫度檢測(cè)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）的損壞。二極管 D1 和 D2 保護(hù)高速運(yùn)算的輸入差分對(duì)免受反向電壓擊穿的破壞性影響。專用二極管和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。

圖1.靜電放電和輸入保護(hù)二極管

使用二極管作為溫度傳感器的原理很簡(jiǎn)單。施加恒定電流時(shí)，二極管或PN結(jié)兩端的電壓將隨溫度下降約1至2 mV/°C。電壓隨溫度的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)算放大器的管芯溫度。

二極管電壓與溫度的關(guān)系可以通過將放大器放置在溫度室中來表征，該溫度室向ESD二極管結(jié)施加恒定電流（選擇0.5 mA以避免自熱對(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，然后記錄二極管兩端的電壓。在 –40°C 和 +85°C 下重復(fù)此操作。 取三個(gè)點(diǎn)后，可以確定斜率。

圖2.ESD二極管熱校準(zhǔn)框圖

二極管電壓隨溫度變化的表達(dá)式是使用公式2的點(diǎn)斜率形式推導(dǎo)的。然后可以輕松計(jì)算任何二極管電壓的溫度。

y –y1= m（x – x1) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (2)

使用上述程序評(píng)估AD8063通用300 MHz軌到軌放大器上的ESD二極管，產(chǎn)生的斜率為–1.2 mV/°C。 代入公式2，得到：

y = –0.0012x V/°C + 0.887 V （3）

求解 x 后，可以根據(jù)電壓讀數(shù)計(jì)算芯片溫度：

x = –833.3y °C/V + 739.2°C （4）

接下來，AD8063的功耗設(shè)置為1/4 W;這種耗散提供了足夠的電壓擺幅來精確測(cè)量二極管電壓的變化。AD5采用+3 V和–8063 V電源供電，配置為驅(qū)動(dòng)20 Ω負(fù)載，如圖3所示。放大器的靜態(tài)電流為5.5 mA，因此空載時(shí)功耗為44 mW。將 1V 直流信號(hào)施加到輸入端，在輸出端產(chǎn)生 50mA 負(fù)載電流。輸出晶體管兩端的壓降為4 V。負(fù)載為50 mA時(shí)，放大器再耗散200 mW，總功耗為244 mW。AD8063加熱幾分鐘。電路切換回圖2所示配置，并讀取二極管電壓。平均電壓為817 mV，相當(dāng)于結(jié)溫為58.4°C。

圖3.250 mW 功耗測(cè)試設(shè)置

為了驗(yàn)證結(jié)果，使用紅外熱像儀測(cè)量外殼溫度。根據(jù)我們的封裝工程師的說法，結(jié)溫比外殼溫度高約1°C至2°C。紅外測(cè)量產(chǎn)生的外殼溫度為58.7°C（見圖4）?？紤]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和θJA計(jì)算結(jié)溫賈230°C/W（來自AD8063數(shù)據(jù)手冊(cè)）導(dǎo)致結(jié)溫為83.7°C，相差43%！工作公式 1 向后提供實(shí)際 θJA約130°C/W。θJA本數(shù)據(jù)表中非常保守，可確保堅(jiān)固可靠的設(shè)計(jì)。對(duì)于更真實(shí)的結(jié)溫，ESD二極管測(cè)量技術(shù)被證明是獲得精確芯片溫度的合理方法。

審核編輯：郭婷