测量PCB或环境温度的PCB布局方法

我们都知道，热量的传递通常是从高温物体到低温物体。通过强制系统(如冰箱)进行能量传递，热量可以从冷的区域传递到热的区域。热传递可以通过三种基本方法实现：

＊ 传导
＊ 对流
＊ 辐射

我们更清楚一个事实：传导是PCB中最普遍的热传递方法。从微观角度看，传导是指激烈、快速移动或振动的原子和分子与邻近的原子和分子相互作用，将它们的一部分能量（热量）传递给这些相邻的原子。

如果PCB的一端温度较高，能量会向PCB温度较低的一端传递。高速粒子碰撞低速粒子时，会与低速粒子发生净能量传递。传导的传热率是：

其中：

H =单位时间传导的能量(焦耳/秒）
K =室温下铜的热传导系数(385W/(m.K)
A = PCB上铜的面积 T =溫度
i =热的物体与冷的物体之间的距离

图1显示，如果热的物体与冷的物体之间导热介质(如铜)的面积增加，那么热量传递会更快。同样地，如果铜的面积减小，传热率也会减小。通过常识可以推断，两个物体距离越远，冷的物体变热所需的时间就越长。

图1 .传到的传热率

ps.铜是极好的导热体，因此在很多PCB设计中用于热源的散热。银和金刚石是仅有的两个具有更好热传导系数的材料。

硬知识——用于测量PCB温度的正确PCB布局

PCB热量的60%至65%通过引脚传递到芯片热传感器。GND引脚连接到基板，因此，GND引脚与温度传感器和热源之间的热阻最小(如图2)。

图2.测量PCB温度的正确布局

技巧来了——如何有效测量PCB温度

如图3所示，使用如下技巧可以确保温度传感器能够跟踪并精确测量PCB温度和主要的热源。

* 温度传感器和热源要共用同一个GND平面
* 确保温度传感器所有的GND引脚都与热源的GND平面相连
* 在PCB上，温度传感器与热源应尽可能相互靠近

图3.数字温度传感器精确地跟踪热源的温度

我们都希望使用1C温度传感器来测量PCB或者器件的温度。因此，最好使用图2和图3中所示的PCB布局方法。

硬知识——用于测量环境温度的正确PCB布局

当然，有很多人是不需要测量PCB的温度的，他们只想测量环境温度。问题是，如何防止PCB上的热源影响温度传感器对环境温度的测量？使用如图4所示的PCB布局设计，问题就能迎刃而解。

图4.测量环境温度的正确布局

技巧来了——如何有效测量环境温度

使用如下技巧可以防止主要热源的散热对温度传感器产生影响，并能够精确地监测环境温度。

* 使用散列GND平面。减少GND平面的面积来增加热阻
* 温度传感器尽可能地远离热源
* 为温度传感器提供单独的GND平面，尽量减少与主GND平面的连接
* 使用窄的GND连接来增加热阻
* 主热源下面使用实心GND平面，并露出绿色阻焊膜。这样可使主热源散热的热阻最低

图5.数字温度传感器精确地跟踪环境温度

有时候，我们希望监测空气温度并利用1C温度传感器精确、线性、响应速度快及使用方便的特点，那么最好选择是使用图4和图5中所示的PCB布局方法。