La temperatura può causare sbalzi d’umore, pensieri di delocalizzazione e persino gioia. Questo, ovviamente, dipende dal livello di comfort o dalla preferenza della temperatura ambiente. Inoltre, essendo un residente di uno stato che mi offre attività all’aperto quattro su quattro stagioni all’anno, promuove una parzialità per un clima più caldo.
Tuttavia, ci sono ancora momenti in cui posso facilmente confondere la Florida, per esempio, l’Illinois durante alcuni inverni. Come potete immaginare, questo favorisce infatti sbalzi d’umore e pensieri di delocalizzazione.
Inoltre, noi (umani) non siamo le uniche entità influenzate dalla temperatura ambiente dell’ambiente in cui risiediamo. Inoltre, i cambiamenti di temperatura possono persino interrompere la funzionalità tutti insieme in alcuni dispositivi. Inoltre, puoi considerarti fortunato se non hai mai sperimentato un surriscaldamento del motore durante la guida della I-75 in Florida, durante la metà dell’estate. Inoltre, questo mi porta ad un’altra classificazione della temperatura chiamata temperatura di funzionamento o temperatura di giunzione. Come discusso in precedenza, il superamento della temperatura raccomandata può avere effetti dannosi sulla funzionalità.
Che cos’è la temperatura ambiente?
Considerazioni di temperatura sono una preoccupazione essenziale in ogni aspetto della nostra vita personale, vita professionale, e anche i dispositivi che usiamo per ospitare la nostra esistenza giorno per giorno. Inoltre, nei campi della scienza, dell’elettronica e della tecnologia informatica nel suo complesso, i progetti sono costruiti attorno a queste stesse preoccupazioni di temperatura. Più specificamente, due classificazioni di temperatura meritano particolare attenzione nella progettazione di dispositivi elettronici e nell’utilizzo di componenti elettronici. I due parametri di temperatura a cui mi riferisco sono la temperatura ambiente e la temperatura di giunzione o la temperatura di esercizio.
In primo luogo, la temperatura ambiente si riferisce alla temperatura dell’aria circostante o dell’ambiente in cui risiede il dispositivo, mentre il dispositivo è acceso. Inoltre, la definizione di temperatura ambiente è la misurazione dei componenti o delle apparecchiature stesse e del suo ambiente. Come si può immaginare, questa misurazione è molto importante per il funzionamento del dispositivo, le prestazioni e il ciclo di vita.
Che si tratti di un resistore, di un processore o di un transistor, la precisione della misurazione e della misurazione stessa è fondamentale per mantenere prestazioni e funzionalità. Inoltre, ogni componente ha un set di raccomandazioni o linee guida che delinea l’ambiente di temperatura ambiente ottimale. La ragione più importante per ottenere la temperatura ambiente è il fatto che influenza direttamente la temperatura di giunzione o la temperatura di esercizio.
Ad esempio, con i PC, la temperatura ambiente è una misura della temperatura dell’aria dell’apparecchiatura informatica circostante. Inoltre, il componente più critico in qualsiasi PC è il suo chip a microprocessore. Inoltre, questo è il motivo per cui (microprocessore) di solito ha un proprio sistema di raffreddamento in atto oltre alle altre ventole all’interno di un case del PC. Sebbene questa misurazione sia fondamentale per la funzionalità e il ciclo di vita del dispositivo, lo è ancora di più per il microprocessore.
Infine, la temperatura ambiente ottimale per i PC o i suoi componenti varia da 600 a 750 Fahrenheit. Inoltre, operativamente parlando, il PC dovrebbe essere all’estremità inferiore di questo spettro se funziona il PC per periodi più estesi. Anche se non ho mai sperimentato un guasto del microprocessore a causa del calore, ho visto sistemi che hanno. In sintesi, la temperatura ambiente può e detterà la temperatura complessiva di un dispositivo, e quindi è necessaria una considerazione costante.
Tra trovare il condensatore corretto per il tuo design e bilanciare le esigenze di tensione intorno ad esso, possono essere difficili da implementare.
Che cos’è la temperatura di giunzione?
Nel campo dell’elettronica, la temperatura di giunzione e la temperatura di funzionamento possono essere le stesse; ad esempio, il semiconduttore in uso nel dispositivo. Tuttavia, anche la temperatura di giunzione è direttamente influenzata dalla temperatura ambiente e, per i circuiti integrati, la seguente equazione descrive questa relazione tra i due parametri di misurazione.
TJ = Ta + (PD x Rja)
Considerando che in questa equazione:
TJ rappresenta la Temperatura in gradi Celsius
Ta rappresenta la Temperatura in gradi Celsius
PD rappresenta la dissipazione di potenza del circuito integrato in Watt
Rja rappresenta la Giunzione a temperatura Ambiente resistenza termica in gradi Celsius/Watt.
Inoltre, la temperatura di giunzione, che è l’abbreviazione di transistor junction temperature (semiconductor), è la temperatura massima di funzionamento del semiconduttore effettivo in uso nel dispositivo elettronico. Durante il funzionamento, è superiore alla temperatura dell’esterno della parte e alla temperatura del caso. Inoltre, la differenza è equivalente alla quantità di calore che si trasferisce dalla giunzione al caso moltiplicata per la resistenza termica da giunzione a caso.
Inoltre, numerose proprietà fisiche possono influenzare la temperatura dei materiali semiconduttori. Ciò include la produzione termica dei portatori di carica, la velocità di diffusione degli elementi droganti e la mobilità dei portatori.
Glossario dei termini per la produzione termica nei materiali semiconduttori
Portatori di carica è il termine in fisica per particelle o quasiparticelle libere di muoversi che trasportano anche una carica elettrica. Ciò è particolarmente vero per le particelle che trasportano una carica elettrica nei conduttori (elettrici). Inoltre, due esempi di queste particelle sono ioni ed elettroni.
Elementi droganti o agenti droganti sono le tracce di un elemento di impurità che viene inserito in un materiale chimico per modificare le sue proprietà elettriche o ottiche iniziali.
La mobilità portante è un parametro caratteristico (in Fisica) che descrive quanto velocemente un elettrone può muoversi attraverso un semiconduttore o un metallo, mentre un campo elettrico lo tira.
L’importanza di mantenere una corretta temperatura di giunzione?
Poiché la temperatura di giunzione è anche la temperatura di funzionamento sicura, è, ovviamente, rilevante per considerazioni generali di progettazione, nonché per considerazioni di funzionalità e prestazioni. Pertanto, è necessario essere in grado di calcolare la temperatura massima di giunzione.
Inoltre, le linee guida sulla temperatura massima di giunzione sono nella scheda tecnica che accompagna il componente. Inoltre, è in uso per i calcoli di resistenza termica case-to-ambient necessari per la dissipazione di potenza specificata. Inoltre, i risultati di questo calcolo aiutano nel processo di selezione del dissipatore di calore appropriato per il progetto, se del caso.
Inoltre, con gli attuali processori (PC) di oggi, la maggior parte dei produttori fornisce sensori di rete integrati per monitorare la temperatura interna del chip del processore. Pertanto, ogni volta che il sensore registra le temperature vicino al punto di eclissi del TJ, avvierà la limitazione termica. Questa misura include la riduzione della velocità di clock, clock gating e clock stretching, che riducono la temperatura interna. Tuttavia, se queste misure non sono sufficienti, il sensore avvierà uno spegnimento per evitare danni dovuti a TJ eccessivo. Quindi, per ottenere un’approssimazione della temperatura di giunzione (chip), usiamo l’equazione precedentemente discussa: TJ = Ta + (PD x Rja).
Microprocessori e transistor hanno esigenze molto sensibili per le temperature di funzionamento.
In elettronica, tutti i dispositivi richiedono alimentazione per funzionare. Questa potenza viene introdotta attraverso sia la corrente che la tensione da una o più sorgenti designate. Tuttavia, il consumo di energia da parte di un dispositivo crea calore e quindi provoca un aumento delle temperature di giunzione. Nel complesso, la temperatura ambiente (Ta) detterà la temperatura minima in cui opera un dispositivo. Indipendentemente da eventuali misure in uso per controllare il calore, il dispositivo in uso sarà sempre possedere una temperatura di giunzione superiore rispetto al suo ambiente circostante. Pertanto, la temperatura di giunzione dipende dalla temperatura ambiente e, quindi, influisce sul design e sugli usi applicativi complessivi del dispositivo.
Il controllo della temperatura all’interno di un circuito elettronico può essere un processo difficile per qualsiasi progettista, ma con la suite di Cadence di strumenti di progettazione e analisi, puoi stare tranquillo. Allegro PCB Designer lavora insieme a te e ai tuoi team di analisi per garantire una corretta regolazione della temperatura e dissipazione termica attraverso uno qualsiasi dei tuoi progetti elettronici.
Se stai cercando di saperne di più su come Cadence ha la soluzione per te, parla con il nostro team di esperti.
