中心議題：

• 筆記本電腦中的熱設計
• 工程師需下載擬采用器件的數據手冊並從熱的角度體驗一下未來將遇到的挑戰

解決方案：

• 把結點與散熱片連接在一起
• 英特爾采用熱二極管、數字熱傳感器(DTS)和IntelThermalMonitor來監測裸片溫度
• 一個完善的熱方案包括器件和係統級熱管理功能

記(ji)得(de)從(cong)什(shen)麼(me)時(shi)候(hou)開(kai)始(shi)，熱(re)分(fen)析(xi)意(yi)味(wei)著(zhe)撤(che)回(hui)原(yuan)型(xing)並(bing)確(que)定(ding)是(shi)否(fou)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)加(jia)入(ru)兩(liang)個(ge)散(san)熱(re)片(pian)和(he)一(yi)個(ge)風(feng)扇(shan)嗎(ma)
？現(xian)在(zai)再(zai)嚐(chang)試(shi)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)你(ni)將(jiang)發(fa)現(xian)身(shen)處(chu)泥(ni)潭(tan)卻(que)無(wu)計(ji)可(ke)逃(tao)。畢(bi)竟(jing)
，熱(re)可(ke)能(neng)會(hui)影(ying)響(xiang)電(dian)氣(qi)性(xing)能(neng)並(bing)最(zui)終(zhong)縮(suo)短(duan)平(ping)均(jun)無(wu)故(gu)障(zhang)時(shi)間(jian)。
　　
回(hui)顧(gu)我(wo)年(nian)富(fu)力(li)強(qiang)的(de)工(gong)程(cheng)時(shi)代(dai)，我(wo)在(zai)熱(re)分(fen)析(xi)上(shang)從(cong)未(wei)花(hua)費(fei)太(tai)多(duo)時(shi)間(jian)，因(yin)為(wei)那(na)時(shi)真(zhen)的(de)不(bu)需(xu)要(yao)，我(wo)還(hai)知(zhi)道(dao)像(xiang)我(wo)這(zhe)樣(yang)的(de)人(ren)並(bing)不(bu)是(shi)少(shao)數(shu)。但(dan)隨(sui)著(zhe)半(ban)導(dao)體(ti)每(mei)單(dan)位(wei)麵(mian)積(ji)的(de)功(gong)耗(hao)(及相應的發熱)越來越高，以及係統體積不斷縮小，越來越多未進行熱分析的係統工程師發現自己身處困境。
　　
“許多過去由不同器件分擔的功能現在被整合進一個器件內。”Ansys公司的產品經理主管DaveRosato表示。因此，現在SoC類型器件的熱密度要高得多。
　　
“工程師在5至10年前用於設計PCB的一般經驗已完全不適應當今的設計了
，”Rosato接著說。“數年前，PCB作為熱傳輸路徑的角色是被忽略的。現在，你必須將所有的熱傳輸路徑考慮在內。”
　　
“簡單解決方案”是(shi)指(zhi)在(zai)設(she)計(ji)周(zhou)期(qi)中(zhong)盡(jin)早(zao)實(shi)施(shi)熱(re)分(fen)析(xi)。多(duo)早(zao)合(he)適(shi)呢(ne)？最(zui)晚(wan)應(ying)在(zai)結(jie)構(gou)圖(tu)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)後(hou)立(li)即(ji)就(jiu)進(jin)行(xing)基(ji)本(ben)熱(re)分(fen)析(xi)。工(gong)程(cheng)師(shi)需(xu)下(xia)載(zai)擬(ni)采(cai)用(yong)器(qi)件(jian)的(de)數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)並(bing)從(cong)熱(re)的(de)角(jiao)度(du)體(ti)驗(yan)一(yi)下(xia)未(wei)來(lai)將(jiang)遇(yu)到(dao)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。
　　
ruogaifenxizhichuleqianzaidewenti
，zegongchengshiyingkaolvcaiyongyixierefenximoniruanjianshenzhihaikenengxuyaoyucailiaochangshanghezuoyiquedingtashifounengzhizaochuyushejicanshuxiangshiyingdeyixiedongxi。
　　
筆記本電腦中的熱設計
　　
最近

，我自己的一台筆記本電腦因與散熱片/熱re管guan組zu塊kuai集ji成cheng在zai一yi起qi的de風feng扇shan電dian源yuan故gu障zhang而er無wu法fa工gong作zuo了le。即ji使shi打da開kai機ji殼ke使shi大da量liang冷leng空kong氣qi流liu通tong，這zhe台tai電dian腦nao也ye啟qi動dong不bu了le

，甚shen至zhi在zai係xi統tong執zhi行xing典dian型xing的de上shang電dian自zi檢jian(POST)前，“風扇故障”的信息也一直出現。
　　
當電腦感知到風扇供電不正常時，係統立即停止運行。基於的假設如下：一般的筆記本電腦用戶在裝有空調的房間內不會打開機蓋
，因此，CPU會經曆致命的“熱失控”。這種方法的不利之處是，由於風扇(或連接風扇的其它底層電源)不工作，而使整個係統也無法工作。
　　
這是一個關於筆記本電腦製造商明確在沒有強製氣流流經與CPU連接的散熱片時，CPU決jue不bu啟qi動dong的de好hao例li子zi。該gai設she計ji按an照zhao這zhe些xie要yao求qiu進jin行xing了le工gong程cheng處chu理li，因yin為wei筆bi記ji本ben電dian腦nao設she計ji人ren員yuan知zhi道dao，不bu正zheng確que的de熱re管guan理li意yi味wei著zhe危wei險xian即ji將jiang到dao來lai。實shi際ji上shang，英ying特te爾er和heAMD都非常嚴肅地對待這一問題。
　　
例如，“如果外部熱傳感器檢測到處理器溫度達到致命的125℃(最大值)，或有THERMTRIP#信號顯現，則在500ms之內，處理器的VCC電源必須關閉以防止因處理器熱失控造成的永久性矽損壞，”英特爾在其2008年1月版的Core2DuoProcessor數據手冊中強調。
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“保持合適的熱環境是係統長期、可靠工作的關鍵。一個完善的熱方案包括器件和係統級熱管理功能，”該數據手冊寫道。
　　
“為保證基於英特爾處理器的係統的最優化工作和長期可靠性
，係統/處理器熱方案應被設計為可使處理器維持在最低和最高結溫(TJ)規範之間，並遵從相應的熱設計功耗(TDP)值
，”該手冊指出。
　　
“注意：當處理器工作在這些極限指標之外
，將可能導致處理器的永久性損壞以及係統內其它器件的潛在損傷，”該手冊總結說。
　　
為什麼這些公司對消除不正確的熱管理如此興師動眾？“許多應用(係統)正變得越來越小，例如MacAir；而熱路徑不僅變得更短，而且還被重新排列了
，”Lord公司高級微電子技術科學家SaraN.Paisner說。
　　
通常
，散熱片被直接放置在器件上麵。但最新技術將使熱量向其它方向流動。“現在，散熱片可能被放在器件下麵，或者
，也可能熱通過電路板本身消散掉了
，”Paisner指出。
　　
但熱管理不再如此簡單。“外殼材料同時擔當電磁場(EMF)屏蔽和散熱片的角色，這是由於殼體本身構成熱路徑的一部分，”Paisner表示。一個典型的PCB包bao括kuo內nei置zhi熱re路lu徑jing
，這zhe使shi得de係xi統tong設she計ji師shi重zhong新xin審shen視shi其qi設she計ji策ce略lve。所suo有you的de器qi件jian都dou在zai縮suo小xiao，現xian在zai，當dang為wei一yi個ge較jiao大da的de區qu域yu散san熱re時shi
，是shi由you幾ji個ge器qi件jian共gong同tong分fen擔dan冷leng卻que職zhi責ze。
　　
從芯片角度來看，英特爾和AMD針對正確熱設計采取的預防性措施很有趣。首先

，英特爾指出
，“為把溫度限製在工作條件內，處理器需要一個熱管理方案。”英特爾采用熱二極管、數字熱傳感器(DTS)和IntelThermalMonitor來監測裸片溫度。
　　
熱二極管可與熱傳感器一起用於計算矽溫度。DTS是集成一個裸片上的傳感器
，它不停地監測並輸出相對於最高熱結溫的裸片溫度數據。當DTS中的一個特定位被置位時
，將檢測到可導致災難性後果的溫度條件。
　　
當矽片溫度達到最高限時
，IntelThermalMonitor通過啟動一個熱控製電路來幫助控製處理器溫度。這樣

，可以根據需要依次調整內核時鍾以使矽片溫度處於掌控中。
　　
此外，如果處理器溫度在熱跳變點以上
，則該監控器將產生一個外部信號(PROCHOT#)。它還以可生成一個中斷信號。如果該監控器失效，則將產生一個特殊信號(THERMTRIP#)，以提示若不立即關斷內核電壓
，則很快就會出錯。
　
　AMD采用的是一種類似的方法。該公司的“ThermalDesignGuidelines”白皮書提供諸如散熱片的最大長度、寬度和高度等規範以及散熱片和風扇材料要求等規範信息。
　　
雖然由於CPU需消耗很多熱而成為一個重要的散熱目標
，但也不應忽視其它係統部件。此時


，一些簡單計算及一些基本熱管理理論將發揮作用。
　　
把結點與散熱片連接在一起
　　
熱管理把熱從半導體結擴散到附近環境中。典型情況是，熱從半導體被傳導到封裝，然後再到熱擴散器(散熱器)，最終到周邊環境。你的設計也許沒有散熱器，也即采用的是類似風扇和管線等其它技術。
　　
但一般理論是一樣的：把熱從一小區域擴散向一個大區域。根據熱傳導的基本理論，材料的熱導率與熱流動的垂直區域和溫度梯度成比例。
　　
結溫是半導體結的工作溫度(一般以℃表示)，在這裏產生的熱最多。指定參考點(如結或殼體)的熱阻抗是每單位功耗(一般以Ｗ表示)高於一個外部參考點(如：因腳、殼體或環境溫度)的有效溫升(一般以℃表示)。
　　
熱阻抗以θLetter1Letter2表示(即：θCA或θJA)。Letter1是指定參考點，且該字母一般表示該參考的初始值(即
，C=殼體；J=結)。Letter2是外部參考點且具有類似的表述結構(即：A＝環境)。