現(xiàn)在PC和筆記本電腦所追求的重點(diǎn)，不外是執(zhí)行速度愈來愈快，功能愈來愈多。執(zhí)行速度愈來愈快代表著單一芯片的工作頻率愈來愈高，功率損耗也愈來愈大；而功能愈來愈多，意味著許多我們能夠想到的功能的芯片，都被廠商放到主機(jī)板上面了。 　　 速度變快和功能變多的結(jié)果就是電源功率需求也變得愈來愈高，從最初的100W到現(xiàn)在的250W/350W。換句話說，整個(gè)電腦系統(tǒng)也愈來愈熱，散熱的需求也愈來愈普遍。在構(gòu)思散熱方案的同時(shí)，準(zhǔn)確地偵測系統(tǒng)或單一芯片的溫度也格外地重要。否則，就可能會產(chǎn)生散熱系統(tǒng)在低溫的時(shí)候啟動(dòng)，但在高溫的環(huán)境中關(guān)閉功能，不僅達(dá)不到散熱的效果，甚至?xí)瓜到y(tǒng)不正常地?fù)p壞。 　　 那么，究竟在PC中最主要的熱量產(chǎn)生的來源有哪些呢？了解熱源和為什么會發(fā)熱以后，我們便可以為它們找到解決方案。 　　 (1) CPU 　　 現(xiàn)在無論是Intel的Pentium 3和Pentium 4，還是AMD的K7CPU都已經(jīng)超過1GHz。這意味著：如果沒有良好的散熱的解決方案，在短短數(shù)秒鐘內(nèi)，將有可能導(dǎo)致系統(tǒng)被燒壞。(詳情請參考httP://www6.tomshardware.com/cpu/01q3/010917/index.html) 　　 (2) 繪圖芯片或3D加速芯片 　　 隨著視覺效果的需求，繪圖芯片和電腦游戲所依賴的加速芯片功能變得強(qiáng)大、設(shè)計(jì)很復(fù)雜且執(zhí)行頻率也變很高，所以繪圖芯片是主機(jī)板上產(chǎn)生熱量的第二大來源。 　　 (3)電源供應(yīng)器 　　 自從交換式電源供應(yīng)器普及后，變壓器已經(jīng)不再是電源部份的主要熱量產(chǎn)生來源，而是做大電流切換的Power MOSFET。 　　 (4)系統(tǒng)內(nèi)部的熱流(機(jī)殼內(nèi)部) 　　 我們一般人都會想到PC的機(jī)殼那么大，內(nèi)部的溫度再高也高不到哪里去?？墒浅Ｒ?guī)的半導(dǎo)體元件都只保證可在0~70°C之間工作，若系統(tǒng)內(nèi)部的散熱不良或散熱裝置工作不佳的話，也會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至死機(jī)。 　　 (5)PCMCIA卡 　　 由于PCMCIA控制芯片的負(fù)擔(dān)并不大，所以不會發(fā)出許多熱量，但真正的兇手是PCMCIA卡本身。理論上，包著鐵殼的薄卡片是最容易散熱的，但是因?yàn)镻CMCIA卡是完全密合地插入筆記本電腦中，所以沒有辦法直接散熱到外面空氣中。 　　 (6)導(dǎo)熱管(Heat Pipe) 　　 本來導(dǎo)熱管的發(fā)明就是要將熱量從CPU帶到電腦外部，但是導(dǎo)熱管本身也會耗電，再加上出口地方的風(fēng)扇沒有轉(zhuǎn)動(dòng)的情形下，導(dǎo)熱管就會變成另一號危險(xiǎn)來源。由于它橫跨的區(qū)域很大，所以傷害性相對也更大。 　　 (7) 其他PC周邊設(shè)備 　　 如：光碟機(jī)、硬碟機(jī)、和噴墨／雷射印表機(jī)都是容易發(fā)熱的裝置。減少熱量和降低溫度的方法 　　 減少熱量和降低溫度的方法 　　 方法一：減少主機(jī)板上的每一個(gè)芯片的功耗 　　 這可以從兩方面著手：第一，從芯片設(shè)計(jì)上動(dòng)腦筋，也就是減少邏輯門的總數(shù)目(Gate Count)。第二，從半導(dǎo)體制程(Process)上改善。然而，一旦功能確定以后，能夠減少的邏輯門數(shù)目便很有限；換句話說，再笨的研發(fā)團(tuán)隊(duì)也不致于設(shè)計(jì)出比別人大20%以上的芯片。于是，我們只能盡可能往制程上努力。如果，我們可以不斷地往次微米(Sub-micro)的制程推進(jìn)，芯片的工作電壓便可以由5V，降到3.3/3V，甚至可低到2.5V或者1.8V，電源功率消耗至少可以減少二倍至三倍以上。 　　 可是，由于改變的是半導(dǎo)體制程，所以研發(fā)的時(shí)程相對也拉長很多，并且證驗(yàn)費(fèi)用和初期生產(chǎn)成本都會提高。 　　 方法二：降低執(zhí)行頻率 　　 在相同的數(shù)位電路中，電源消耗和工作頻率是成正比的。所以，頻率愈高則消耗的功率也愈高。如果，我們不讓芯片有那么快的頻率，系統(tǒng)就自然不會產(chǎn)生那么多的熱量。這完全不需要額外的成本就可以達(dá)到，是省成本的解決方案。但是，使用者會買這個(gè)等級的PC就是希望能夠執(zhí)行得夠快，若降低頻率來執(zhí)行，不見得會被客戶或使用者所接受。 　　 方法三：利用風(fēng)扇帶走熱量 　　 我們在家里或辦公室中，若天氣實(shí)在太熱了，最簡單有效的方法就是裝一臺冷氣機(jī)；沒有錢的話，也可以買一臺電風(fēng)扇來吹走熱氣。利用這個(gè)概念，我們就可以為現(xiàn)在的電腦機(jī)種甚至舊電腦解決散熱問題，這并不會額外增加多少成本，更重要的是不需要改變整個(gè)芯片的設(shè)計(jì)和制程。 　　 然而，風(fēng)扇的馬達(dá)也是相當(dāng)耗電的，所以何時(shí)打開風(fēng)扇及關(guān)掉風(fēng)扇便是很重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，否則我們是可以吹散熱氣，卻達(dá)不到省電的效果。 　　 解決方案 　　 雖然Intel極力想從CPU的設(shè)計(jì)和制程上的改善減少熱的問題，但是在沒有散熱系統(tǒng)的情形下還是會燒毀。可見方法三是現(xiàn)階段不能被取代的解決方案，然而風(fēng)扇的開關(guān)控制和意外防患更需要溫度傳感器的協(xié)助才能完成。筆者從現(xiàn)在的PC機(jī)種所使用的解決方案，選取最具代表性的幾個(gè)，供讀者參考： 　　 ●CPU-LM86 　　 一般的溫度傳感器(無論是熱敏電阻或IC型溫度傳感器)都需要很長的時(shí)間才能夠?qū)醾鲗?dǎo)到傳感器的核心部份。根據(jù)美國國家半導(dǎo)體內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從CPU把熱傳導(dǎo)到空氣中，再從空氣傳導(dǎo)到溫度傳感器中，這個(gè)過程至少需要20分鐘以上的時(shí)間。如果，散熱片(Heat Sink)沒裝好或風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，那么不到二分鐘，CPU就會和被燒壞。 　　 所以，CPU廠商將一顆3904埋入芯片中，我們稱這顆3904為Remote Diode，因?yàn)樗x溫度傳感器本身很遠(yuǎn)。在短短幾個(gè)毫秒(mini-second)中，溫度傳感器便能精確地偵測到CPU內(nèi)部的溫度了?，F(xiàn)在的技術(shù)要能做到1°C的精確度已經(jīng)不是很難的事，而且會變成PC和筆記本電腦的一個(gè)重要的趨勢。 　　 在LM86(圖1)的運(yùn)用實(shí)例中，通常T_CRIT_A的輸出信號會被用做過溫度保護(hù)的功能，我們稱之為溫度保護(hù)。好處是當(dāng)Windows或某一個(gè)應(yīng)用程式造成系統(tǒng)死機(jī)時(shí)，LM86還能保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。而Alert這個(gè)輸出信號便可以做為軟件中斷，以達(dá)到ACPI規(guī)格的要求。另外，LM86除了能接到CPU的Remote Diode之外，本身內(nèi)部還有一顆傳感器，可以感測LM86所在的溫度。所以，前面所提到的PC的系統(tǒng)溫度和筆記本電腦的導(dǎo)熱管，便可以使用LM86的本地傳感器來偵測，不需要再花額外的成本去買另外一顆溫度傳感器。 　　 ●繪圖芯片或3D加速芯片-LM26，LM88 　　 通常繪圖芯片也是不能被降頻來執(zhí)行的，否則畫面會變成慢動(dòng)作播放一般。那最好的方法還是加一顆散熱風(fēng)扇。在這里就有兩個(gè)方式來啟動(dòng)和關(guān)閉風(fēng)扇，第一個(gè)是便宜的做法，用LM26來偵測溫度(如圖2)，等達(dá)到某一個(gè)界限時(shí)便啟動(dòng)風(fēng)扇，若溫度降下來，便自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇。第二是采用LM88來設(shè)計(jì)4段變速風(fēng)扇控制器(如圖3)，讓不同溫度的狀況能夠有不同的轉(zhuǎn)速。 　　 ● PCMCIA-LM88 　　 LM88本身并不是用來做風(fēng)扇的4段變速控制器，而是能同時(shí)偵測二個(gè)待測物。一般筆記本電腦的PCMCIA插槽都有兩個(gè)，所以LM88是用來偵測PCMCIA的最佳選擇。由于LM88不需要用軟件來控制，所以我們不用擔(dān)心Windows死機(jī)或藍(lán)螢?zāi)?Blue Screen)的問題。 　　 結(jié)　語 　　 雖然溫度傳感器在PC和筆記本電腦中毫不起眼，沒有工程師會去注意它的重要性，更不用說使用者能感覺到它的存在。但是，對整個(gè)系統(tǒng)芯片來說，它扮演著重要的保護(hù)角色，就像人們背后的天使總是默默守護(hù)著系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性。 原作者：美國國家半導(dǎo)體亞太區(qū)產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)理 吳天佑