現在的PC和筆記本（běn）計算機追求執行速度愈來愈快，功能愈來愈多。執行速（sù）度愈來（lái）愈快代（dài）表著單一芯片（piàn）的工作頻（pín）率愈來愈（yù）高，功率損耗也就愈來愈大；而功能愈來愈多（duō），意味著許多我們（men）能夠（gòu）想到（dào）的功能的芯片（piàn），都被廠商放到主（zhǔ）機（jī）板上麵（miàn）了（le）。例如：三合（hé）一主（zhǔ）機板已經將聲（shēng）卡的芯片和（hé）簡單功能的繪（huì）圖卡芯片（piàn）放入主機板了，LAN-on-board的追求代表著未來（lái）的（de）主機板已經能提供10/100Mb/s的網絡功能，有些（xiē）高階主機板甚至直（zhí）接將SCSI芯片也放入（rù）主機板中。

　　速度變快（kuài）和功能變多的結果就是電源功（gōng）率需求也變得愈來愈（yù）高（gāo），從最初的100W到（dào）現在的250W/350W。換句話說，整（zhěng）個計算機係統會變得愈來愈（yù）熱，散（sàn）熱的需（xū）求也就變（biàn）得愈來愈重要。在（zài）構思散熱方案的同時（shí），正確地偵測係統（tǒng）或單一芯片的溫度也（yě）格（gé）外（wài）地（dì）重要。

　　一、在PC中，哪些（xiē）地方會用到溫（wēn）度傳（chuán）感（gǎn）器（qì）？

　　究竟（jìng）在（zài）PC中（zhōng）最主要的（de）熱量產生的來（lái）源有哪些呢？了解熱源和為什麽會發熱以（yǐ）後，我們便可以為它們找到解決（jué）方案。

　　1、CPU-現在無論是Intel的Pentium4或是AMD的AthlonCPU都已經超過1GHz。這代表著：如（rú）果（guǒ）沒有良好的散熱解決方案，在短短數秒鍾的時（shí）間，我們就可（kě）以（yǐ）用CPU來（lái）煎蛋和煎（jiān）小香腸了。

　　2、繪圖芯片或3D加速芯片-隨（suí）著視覺效果的需求，繪圖芯片和計（jì）算（suàn）機（jī）遊戲所依賴的加速芯片變（biàn）得（dé）功能強大、設計很複雜且執（zhí）行頻率也很高（gāo），所（suǒ）以繪圖芯片是（shì）主機板（bǎn）上（shàng）產生（shēng）熱量的第二號（hào）因素（sù）。

　　3、電（diàn）源供應器-自從交換式（shì）電源供應器普及後（hòu），變壓器已經不再是（shì）電源部（bù）份的主要熱量產生來源，而是做（zuò）大電流切（qiē）換動（dòng）作的PowerMOSFET。

　　4、係統內部的熱流（liú）(機（jī）殼內部)-我們一般人都會想（xiǎng）到PC的機殼那麽大，內部的溫（wēn）度再高也高不到那（nà）裏去。可是正（zhèng）常的常規的半導體組件都隻保證可（kě）以在攝氏零度到七（qī）十（shí）度之間工作，若係（xì）統內部的（de）散熱（rè）不良或散熱裝置工作不佳的話，也（yě）會造成係統的（de）不穩定或甚至（zhì）死機。

　　5、PC存（cún）儲卡（PCMCIA）-由（yóu）於PCMCIA控（kòng）製芯片的負擔並不大，所以不會發出許多熱量，但真正的凶手是（shì）PCMCIA卡本身（shēn）。理論上，包著鐵殼的薄卡片是最容易散熱的，但（dàn）是因為PCMCIA卡是完全密合地插入（rù）筆記本計算機中，所以（yǐ）沒有（yǒu）辦法（fǎ）直接（jiē）散熱到外麵空氣中。

　　6、導熱管(HeatPipe)-本來導熱管的發明就是要將熱量從（cóng）CPU帶到計算機外部，但是導熱管本身（shēn）也會耗電，再加上出口地方的風扇沒（méi）有轉動的情（qíng）形下（xià），導熱管就（jiù）會變成另一號危（wēi）險因素。由於（yú）它橫跨的區域很大，所以傷害性相對也更大（dà）。

　　7、其（qí）它PC接口設備-如：光驅、硬盤機、和噴墨／激（jī）光打（dǎ）印（yìn）機都是（shì）容（róng）易（yì）發熱的裝置（zhì）。

　　二、減少熱量產生（shēng）和（hé）降低溫度的（de）方法

　　方法一：想（xiǎng）辦法減少在主（zhǔ）機板（bǎn）上的每一顆芯片的功（gōng）率（lǜ）損耗。

　　這可以從兩個（gè）地方著手：第一、從芯片設計上動腦筋（jīn），也（yě）就是減少（shǎo）邏輯門的總數目(GateCount)。第二、從半導體製程(Process)上改善（shàn）。然而，一旦（dàn）功能確定以後（hòu），能夠（gòu）減少的邏輯門數目便（biàn）有限。如果，我們可以不斷地往次（cì）微米(Sub-micro)的製（zhì）程進步，那芯片的（de）工（gōng）作電（diàn）壓（yā）便可以由5伏特，降到3.3/3伏（fú）特，甚至可低（dī）到2.5伏特（tè）或者1.8伏特（tè），那電源功率消耗至少可以（yǐ）減少二倍至三倍以上。

　　可（kě）是，由於改變的是半導體製程，所以研發的時程相（xiàng）對也拉長很多，並且證驗費（fèi）用（yòng）和初期生產成本都會（huì）提高。

　　方法二：降低執行（háng）頻率。

　　在相同的數字電路中，電源消耗和工作頻率是成正比的。所以，頻率愈高則消（xiāo）耗的功率也愈高。如果我們不（bú）讓芯片達（dá）到那麽快的頻率，那係（xì）統自然也不會產生那麽多的熱量。這完全不（bú）需（xū）要額外的成本就可以達到，是省成本的解決方（fāng）案。但（dàn）是，使用者（zhě）買這個等（děng）級的PC就是希望能（néng）夠執行（háng）得夠快，若降低頻率來執行，不會被客戶或使用者所接受。

　　方法三：利用風（fēng）扇帶走熱（rè）量（liàng）。

　　用一台（tái）電風（fēng）扇來吹走熱（rè）氣，我們（men）就可以為（wéi）計算機解決散熱問題，這並不會額外增（zēng）加多少成本，更（gèng）重要的是（shì）不需要改（gǎi）變整個芯片的設計或（huò）製程。

　　然（rán）而，風扇的（de）馬達（dá）也是相（xiàng）當（dāng）耗電的，所以何時（shí）打開風扇及關（guān）掉風扇便（biàn）是很重要的設計參數，否則我們是可以（yǐ）吹散熱氣，卻達不到省電的效果。

　　三、解決方（fāng）案

　　雖然Intel極力想（xiǎng）從CPU的設計和（hé）製程上（shàng）的改善來減少熱的問（wèn）題，但是在沒有散（sàn）熱係（xì）統（tǒng）的情形下還是會燒毀。可見得方法三是現階（jiē）段不能被（bèi）取（qǔ）代（dài）的解決方案，然而風（fēng）扇（shàn）的開關控製（zhì）和意（yì）外防患更需要溫度（dù）傳（chuán）感器的協助才能完（wán）成。筆者（zhě）從現（xiàn）在的PC機（jī）種所使用的（de）解決方（fāng）案，選取最具代表性的幾個，供讀者參（cān）考：

　　*CPU-LM86(RemoteDiodeTempSensor)

　　一般的溫度（dù）傳感器(無（wú）論是熱（rè）敏電阻或IC溫度（dù）傳感器)都需要很長的時間才能（néng）夠將（jiāng）熱傳導到（dào）傳感器的核心部份。根（gēn）據（jù）National內部的實（shí）驗結果，從（cóng）CPU把熱傳導（dǎo）到空氣中，再從空氣中傳導到溫度傳感器中，這個過程（chéng）至少需要20分鍾（zhōng）以上的時間。如果散熱片(HeatSink)沒裝好或風扇沒轉，不到二分鍾的時間，使用者的CPU可能就會（huì）燒（shāo）毀。

　　所以，CPU廠商（shāng）(Intel和AMD)將（jiāng）一顆3904埋入（rù）芯片（piàn）中，我們稱這顆（kē）3904為遠程二極管（RemoteDiode），因（yīn）為它離溫度傳（chuán）感器本身很遠。於是在短短幾個毫秒(mini-second)中，溫（wēn）度（dù）傳感器便能（néng）精確地偵測到CPU內部的溫度（dù）了。現在的技術要能做到1℃的（de）精確度已（yǐ）經（jīng）不是很難的事，而（ér）且會變成PC和筆記本計（jì）算（suàn）機的一個重要的趨勢（shì）。

　　在LM86(圖1)的運（yùn）用實（shí）例中，通常T_CRIT_A的（de）輸出信號用來做過溫度（dù）保護的（de）功（gōng）能（néng），我（wǒ）們稱之為熱（rè）保（bǎo）護（ThermalShutdown）。好處是當（dāng）Windows或某一個應用（yòng）程序（xù）造成係統死機時，LM86還能保護整（zhěng）個係統。而Alert這個輸出信號便可以做為軟件中斷，以（yǐ）達到ACPI規格的要求。另外，LM86除了能接（jiē）到（dào）CPU的RemoteDiode之（zhī）外，本身內（nèi）部（bù）還有（yǒu）一顆傳感器（sensor），可以感測LM86所在的溫度。所以，前麵所提到的PC的係統溫度和筆記本計算機的導熱管，便可以使（shǐ）用LM86的本地傳感器來偵測，不（bú）需（xū）要再花（huā）額外的成本（běn）去買另外（wài）一顆溫度傳感器。

　　*繪圖芯（xīn）片（piàn）或3D加速芯片-LM26,LM88

　　通常繪（huì）圖芯（xīn）片也是不能被降頻來執行（háng）的，否則畫麵會變成慢動作（zuò）播（bō）放一般（bān）。那最好的（de）方法還是加（jiā）一散熱風扇。在這（zhè）裏就有兩個方式（shì）來激活和關閉風扇了，第一個是便宜的（de）做法（fǎ），用LM26來偵測溫（wēn）度(如圖（tú）2)，等達到（dào）某一個界限（xiàn）時便（biàn）激活風扇，若溫度降下來了（le），便（biàn）自動關閉風扇。第二是采（cǎi）LM88來設計時髦的4段變速風扇控製器(如（rú）圖3)，讓不（bú）同溫（wēn）度的狀況能夠有不同的轉速。

　　*PowerMOSFET-LM26

　　無論是PC的電源供應器或者（zhě）是筆記本計算機（jī）中的DC-DC轉換（huàn）模塊（kuài），內部都會有一顆很燙（tàng）的PowerMOSFET。雖然電（diàn）源部（bù）份都有（yǒu）一個風扇隨時在轉動，但是我（wǒ）們必須設（shè）想一件事：萬（wàn）一風扇（shàn）壞掉了，或者內部電路有發（fā）生短路（lù）的時候，怎（zěn）麽辦？利用LM26的過溫度（dù）保護功能（néng），在極限溫度時能夠自動關閉電源而達到關閉（Shutdown）或甚至（zhì）恢複（Recovery）的功能。

　　*PCMCIA-LM88

　　LM88本身並不被設計來做為風扇的4段變速控（kòng）製器（qì），而是能同時偵測二個待測物。一般（bān）筆記本計算機的PCMCIA插槽都有兩個，所以LM88是用來偵（zhēn）測PCMCIA的最佳選擇。由於LM88不需要用軟（ruǎn）件來（lái）控製，所以我們不用（yòng）擔心Windows死機（jī）或藍屏（píng）幕(BlueScreen)的問題。

　　四、如何使用LM86、LM26和LM88這三（sān）顆芯片？

　　單就上一節的內容，雖然我（wǒ）們了解到這些解（jiě）決方案可以幫（bāng）助我解（jiě）決過熱的問題，但許多讀者想（xiǎng）問如何把這（zhè）些芯片用（yòng）到PC係（xì）統中？接著（zhe），我們來（lái）討論一些如何使用這些芯片的（de）技巧：

　　*LM86-準（zhǔn）確度（dù）為±1℃的溫（wēn）度傳（chuán）感器（qì）

　　首先，我（wǒ）們從（cóng）LM86的技（jì）術規（guī）格資（zī）料看LM86所具有（yǒu）的特性。

　　表1:LM86技術規格表

　　電源供應電壓3.0V～3.6V

　　消耗電（diàn）流0.8mA

　　溫度感（gǎn）測（cè）準（zhǔn）確度（dù）±1℃＠60to100℃

　　工作溫度-55℃～+125℃

　　ADC分辨率11位

　　串行界麵SMBus2.0

　　封裝SOP-8或MSOP-8

　　LM86所具有（yǒu）的主（zhǔ）要特色是±1℃的（de）準確度和可由數字（zì）界麵讀寫內部寄（jì）存器(Register)，我（wǒ）們先來看看為何（hé）LM86能夠達到這些功能呢？在圖4中我們呈現了LM86內部結構（gòu），在左上方的溫度感測電路(TemperatureSensorCircuit)中National運（yùn）用了她所特有的技（jì）術（shù），可以增

　　強遠距二極管（guǎn）(RemoteDiode)感測的準確度。

　　另（lìng）外，中央上方的Δ-ΣADC(模（mó）擬-數（shù）字轉換器)也是（shì）增（zēng）加準確度的重要（yào）功臣，我（wǒ）們可以把它想象（xiàng）成在轉換時間，將信號取樣了數千（qiān）次，再（zài）求得平均值般地將數字信號輸出（chū），所以從模擬（nǐ）輸入端所帶進來的噪聲便因（yīn）此而（ér）濾掉了。當我們取得了相（xiàng）當（dāng）準（zhǔn）確的數字信號後，無論（lùn）我（wǒ）們對（duì）它們施予任何數字電路運算，都（dōu）已經不會再影響準確度了。

　　在LM86的8支腳（jiǎo）中，電源(Power)和接（jiē）地(Ground)是固定的，而D+/D-是接到CPU的遠距二極管，SMBData/SMBClock則接到（dào）係統的SMBus上。唯獨/Alert和/T_Crit_A比較有爭議性，第三（sān）節（jiē）中所描述的應用例子是最常用的設計（jì），值（zhí）得我們注意的（de）是這兩支腳都是集電極開路的，所以在外部電路上必須加（jiā）上提升電阻(Pullupresistor)。

　　*LM26--精確度為±3℃的溫（wēn）度調節器（qì）

　　相同地（dì），我們（men）也先瞧瞧LM26的技術規格，再進一步討論：

　　在電源（yuán）部份，我們放寬（kuān）了輸入（rù）電源的範圍從2.7V到5.5V，也就是說，這一（yī）顆芯片並不隻是可以用在PC或（huò）是（shì）筆記（jì）本電腦中，它甚至可以用（yòng）在任何消費（fèi）性電子（zǐ）產（chǎn）品及可攜（xié）式（shì）產品上。由於它的功率損耗隻有20uA，使用兩（liǎng）顆（kē）堿（jiǎn）性電池(200mA-hr)就（jiù）可（kě）以有一（yī）年以上的電（diàn）池壽命。

　　表2:LM26技術規格表

　　電源供應電壓2.7V～5.5V

　　消耗電流（liú）20uA(最大40uA)

　　溫度感測準確度±3℃

　　磁現象的（de）溫（wēn）度（dù）區（qū）間2℃或（huò）10℃

　　工作溫度-55℃～+110℃

　　溫度設（shè）定（dìng）點由供應（yīng）廠商設定（dìng）

　　串行（háng）界麵無

　　封裝SOP-23

　　200mA-小時/20uA=10000小時=416天=1.14年

　　由於（yú）LM26並沒有（yǒu）串行界麵和（hé）微處理機相（xiàng）連接（jiē），所（suǒ）以不（bú）需要任何的軟件支（zhī）持。在設計時的考慮就更（gèng）加（jiā）簡單（dān）了，隻要將電源和地線接（jiē）上，給予HYST腳位高電位或（huò）是低電位，則隻要溫度（dù）達到設定（dìng）點時，/OS就（jiù）會有輸出。唯一需要（yào）注意的（de）是設定點溫度是由客戶通知供（gòng）貨商(國（guó）家半導體（tǐ）)，再由供貨（huò）商在工廠中燒錄而成（chéng）的。

　　圖５：LM26結構圖

　　*LM88--精確度為±3℃的溫度調節（jiē）器

　　由於LM88和LM86、LM26的（de）設計理念（niàn）都完全不一樣，所以我（wǒ）們反過來先看LM88的結構圖(如圖（tú）6)。

　　在外接的遠距（jù）二極管（guǎn）方麵有D0+、D-和D1+三支接腳，其（qí）實這（zhè）代表（biǎo）著它可以同時（shí）接到（dào）兩顆遠距（jù）二極管，而且它（tā）們的D-是可以共同接在一（yī）起以節省（shěng）腳位（wèi）數的。此外（wài），雖在LM88中放入Δ-ΣADC(模擬-數字轉換器)，但是沒（méi）有數字的（de）串（chuàn）行界麵，這代表著我（wǒ）們不需要透過微（wēi）處理機或CPU來（lái）控製（zhì）LM88。至（zhì）於（yú）我們所提到的（de）溫度設定點則和LM26一樣，必須要由供貨商（shāng）來燒錄。

　　雖然在過去的PC和筆記本計算機（jī）中（zhōng），溫度（dù）傳感器（qì）並不起眼，也沒有工程師（shī）會去注意它的重要性（xìng），更不用（yòng）說（shuō）使用者能感覺到它的存在。但（dàn）是，對（duì）整個係統這些重要芯片來說，它是很（hěn）重要（yào）的保護者，尤其是當係統愈（yù）來愈高（gāo）速且愈來（lái）愈熱（rè）之後，它的（de）重要性也會更加明（míng）顯，並且能左右係統的穩定性。希望本文能夠帶給讀者一個清晰的印（yìn）象，究竟溫度傳感器在PC係統中是扮演哪些角色（sè）？也希望工程師（shī）在（zài）驗（yàn）證係統穩（wěn）定性時，不妨考慮一（yī）下溫度傳感器（qì）的一（yī）些重（chóng）要參（cān）數和（hé）功用。