文章來(lái)源：芯學(xué)知

原文作者：芯啟未來(lái)

本文主要講述MEMS中的三種測(cè)溫方式。

在集成MEMS芯片的環(huán)境溫度測(cè)量領(lǐng)域，熱阻、熱電堆和PN結(jié)原理是三種主流技術(shù)。熱阻是利用熱敏電阻，如金屬鉑或注入硅的溫度電阻系數(shù)恒定，即電阻隨溫度線性變化的特性測(cè)溫，電阻變化直接對(duì)應(yīng)絕對(duì)溫度，需恒流源供電。熱電堆基于塞貝克效應(yīng)，多對(duì)熱電偶串聯(lián)將溫差轉(zhuǎn)為電壓，冷端溫度需獨(dú)立測(cè)量以推算目標(biāo)溫度，在MEMS芯片中采用多晶硅/鋁熱電偶堆疊于氮化硅懸膜，熱端吸紅外輻射，冷端錨定襯底。PN結(jié)測(cè)溫是半導(dǎo)體PN結(jié)在恒定正向電流下，結(jié)壓降與絕對(duì)溫度成反比（約-2mV/℃），電壓或數(shù)字碼對(duì)應(yīng)絕對(duì)溫度，無(wú)需外部參考。

高精度工業(yè)監(jiān)控選鉑電阻方式測(cè)溫，優(yōu)勢(shì)是寬溫域（-200~800℃）、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，但是功耗與成本敏感場(chǎng)景需謹(jǐn)慎，需注意自熱效應(yīng)導(dǎo)致的誤差。適合電力設(shè)備或高溫反應(yīng)釜監(jiān)測(cè)，例如化工反應(yīng)釜內(nèi)溫度通常在-50~500℃，且需精確控制（如聚合反應(yīng)需±0.5℃以內(nèi)誤差）。此時(shí)選擇PT100熱電阻，因其測(cè)溫范圍覆蓋-200~850℃，精度達(dá)A級(jí)（0.15℃+0.002|t|），且抗振動(dòng)、耐腐蝕（封裝后），可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

非接觸測(cè)溫應(yīng)該選熱電堆測(cè)溫方案，優(yōu)勢(shì)是無(wú)需物理接觸，但需要冷端集成方案，提升補(bǔ)償實(shí)時(shí)性。適用于醫(yī)療額溫槍、家電防燙（如電陶爐），例如高壓電機(jī)表面測(cè)溫，電機(jī)運(yùn)行時(shí)帶電，無(wú)法接觸，且需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是否過(guò)熱（50~150℃）。熱電堆傳感器可安裝在距離電機(jī)10~30cm處，通過(guò)紅外輻射快速捕捉表面溫度，避免觸電風(fēng)險(xiǎn)。

能效優(yōu)先的嵌入式系統(tǒng)選PN結(jié)測(cè)溫，優(yōu)勢(shì)是超低功耗和數(shù)字接口（I2C/單總線），但是高溫場(chǎng)景無(wú)法勝任。CPU溫度監(jiān)測(cè)，電腦CPU工作溫度在40~100℃，需實(shí)時(shí)反饋溫度以調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。CPU內(nèi)置的PN結(jié)傳感器體積僅微米級(jí)，可直接貼附在核心芯片上，0.01秒內(nèi)響應(yīng)溫度變化，成本極低（集成在芯片內(nèi)無(wú)需額外成本）。鋰電池內(nèi)部測(cè)溫，鋰電池充放電時(shí)溫度需控制在-20~60℃，防止過(guò)熱起火。PN結(jié)傳感器可嵌入電池電芯內(nèi)部（體積小不影響結(jié)構(gòu)），高靈敏度捕捉微小溫度變化（如充放電時(shí)0.5℃的波動(dòng)），配合BMS系統(tǒng)及時(shí)斷電保護(hù)。