ESD二极管兼作温度传感器
问：根据数据手册规格估算高速放大器的结温有多准确？结温是否易于测量？
答：许多年前，我和一位应用工程师同事谈到了从环境温度（t一个）、功耗（pd），和热阻 θja），如公式1所示。
tj = ta + pdθja (1)
他告诉我一种替代方法，通过使用片上输出级保护二极管作为温度传感器来获得常用3端子稳压器的结温。他的公司在日常测试和评估期间使用保护二极管测量稳压器的结温。这种温度检测技术也可用于高速运算放大器。
在图1中，二极管d3和d4保护运算放大器免受静电放电（esd）的损坏。二极管 d1 和 d2 保护高速运算的输入差分对免受反向电压击穿的破坏性影响。专用二极管和pn结通常用作温度传感器，但esd和输入保护二极管也可用于测量温度。
图1.静电放电和输入保护二极管
使用二极管作为温度传感器的原理很简单。施加恒定电流时，二极管或pn结两端的电压将随温度下降约1至2 mv/°c。电压随温度的变化可以与查找表或公式一起使用，以计算任何给定二极管电压的温度;在这种情况下，可以确定高速运算放大器的管芯温度。
二极管电压与温度的关系可以通过将放大器放置在温度室中来表征，该温度室向esd二极管结施加恒定电流（选择0.5 ma以避免自热对二极管结的影响），如图2所示。将温度设置为25°c，将器件“浸泡”几分钟，然后记录二极管两端的电压。在 –40°c 和 +85°c 下重复此操作。 取三个点后，可以确定斜率。
图2.esd二极管热校准框图
二极管电压随温度变化的表达式是使用公式2的点斜率形式推导的。然后可以轻松计算任何二极管电压的温度。
y –y1= m（x – x1) (2)
使用上述程序评估ad8063通用300 mhz轨到轨放大器上的esd二极管，产生的斜率为–1.2 mv/°c。 代入公式2，得到：
y = –0.0012x v/°c + 0.887 v （3）
求解 x 后，可以根据电压读数计算芯片温度：
x = –833.3y °c/v + 739.2°c （4）
接下来，ad8063的功耗设置为1/4 w;这种耗散提供了足够的电压摆幅来精确测量二极管电压的变化。ad5采用+3 v和–8063 v电源供电，配置为驱动20 ω负载，如图3所示。放大器的静态电流为5.5 ma，因此空载时功耗为44 mw。将 1v 直流信号施加到输入端，在输出端产生 50ma 负载电流。输出晶体管两端的压降为4 v。负载为50 ma时，放大器再耗散200 mw，总功耗为244 mw。ad8063加热几分钟。电路切换回图2所示配置，并读取二极管电压。平均电压为817 mv，相当于结温为58.4°c。
图3.250 mw 功耗测试设置
为了验证结果，使用红外热像仪测量外壳温度。根据我们的封装工程师的说法，结温比外壳温度高约1°c至2°c。红外测量产生的外壳温度为58.7°c（见图4）。考虑到塑料封装的热效应，结温约为60°c。 因此，二极管电压和ir测量提供了良好的相关性。
使用公式1和θja计算结温贾230°c/w（来自ad8063数据手册）导致结温为83.7°c，相差43%！工作公式 1 向后提供实际 θja约130°c/w。θja本数据表中非常保守，可确保坚固可靠的设计。对于更真实的结温，esd二极管测量技术被证明是获得精确芯片温度的合理方法。
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图1.静电放电和输入保护二极管
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二极管电压与温度的关系可以通过将放大器放置在温度室中来表征，该温度室向esd二极管结施加恒定电流（选择0.5 ma以避免自热对二极管结的影响），如图2所示。将温度设置为25°c，将器件“浸泡”几分钟，然后记录二极管两端的电压。在 –40°c 和 +85°c 下重复此操作。 取三个点后，可以确定斜率。
图2.esd二极管热校准框图
二极管电压随温度变化的表达式是使用公式2的点斜率形式推导的。然后可以轻松计算任何二极管电压的温度。
y –y1= m（x – x1) (2)
使用上述程序评估ad8063通用300 mhz轨到轨放大器上的esd二极管，产生的斜率为–1.2 mv/°c。 代入公式2，得到：
y = –0.0012x v/°c + 0.887 v （3）
求解 x 后，可以根据电压读数计算芯片温度：
x = –833.3y °c/v + 739.2°c （4）
接下来，ad8063的功耗设置为1/4 w;这种耗散提供了足够的电压摆幅来精确测量二极管电压的变化。ad5采用+3 v和–8063 v电源供电，配置为驱动20 ω负载，如图3所示。放大器的静态电流为5.5 ma，因此空载时功耗为44 mw。将 1v 直流信号施加到输入端，在输出端产生 50ma 负载电流。输出晶体管两端的压降为4 v。负载为50 ma时，放大器再耗散200 mw，总功耗为244 mw。ad8063加热几分钟。电路切换回图2所示配置，并读取二极管电压。平均电压为817 mv，相当于结温为58.4°c。
图3.250 mw 功耗测试设置
为了验证结果，使用红外热像仪测量外壳温度。根据我们的封装工程师的说法，结温比外壳温度高约1°c至2°c。红外测量产生的外壳温度为58.7°c（见图4）。考虑到塑料封装的热效应，结温约为60°c。 因此，二极管电压和ir测量提供了良好的相关性。
使用公式1和θja计算结温贾230°c/w（来自ad8063数据手册）导致结温为83.7°c，相差43%！工作公式 1 向后提供实际 θja约130°c/w。θja本数据表中非常保守，可确保坚固可靠的设计。对于更真实的结温，esd二极管测量技术被证明是获得精确芯片温度的合理方法。
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