2.3 绝对最大额定值和推荐工作点

大家好！ 欢迎观看 TI 高精度实验室视频，本视频 将讨论温度传感器的绝对工作条件和建议 工作条件。 在本章中，我们将学习一般半导体 以及具体温度传感器的不同温度规格，及其 对于系统使用情况的 意义。 对于任何半导体器件，数据表 包含两部分；绝对最大额定值，即最大 电压、电流或温度，应用 需要避免接近这些 最大值，否则会对器件 造成不可恢复的损坏； 建议的工作条件是一组条件， 即电压和温度，以及适用的外部 组件，器件数据表参数在这些 条件下应具有正常的值。 这通常是通过表征或仿真 来实现。 在为特定的系统运行挑选器件时， 必须查看为其指定 电气参数的条件。 例如，某个器件的输出参数可能 是在 3.3 伏的电源电压和 25 摄氏度的环境温度下指定的。 为了更好地理解绝对最大工作 条件和建议工作条件， 我们详细了解一下该示例。 我们将以此处指定为器件 工作时的 V+ 的电源电压为例。 在第一种情况下，器件在 1.4 伏至 3.6 伏的建议工作范围内 工作。 在这种情况下，应符合数据表中 提供的电气规格。 在第二种情况下，让我们假设电源 电压上会产生瞬态尖峰。 瞬态尖峰导致器件 电源电压超出建议 工作条件中指定的最大值。 在该示例中为 3.6 伏，但低于 4 伏的绝对最大 额定值 -- 在这种情况下，器件不会损坏， 但不再保证一个或多个 电气规格。 在第三种情况下，瞬态尖峰导致 器件电源电压超出 4 伏的绝对最大额定值。 在这种情况下，器件可能永久性 损坏，不可恢复。 这会导致器件的一个或多个电气 规格产生违反数据表所提供 电气规格的输出。 此类更改可能会立即发生，也可能不会，但有时 在长期使用损坏的器件时 会显示出来。 温度会影响所有半导体器件。 因此，制造商将始终在数据表中指定 四种温度值。 第一种温度是为器件贮存指定的。 这称为贮存温度。 它是在不施加电源且器件 电路或器件封装不发生 永久损坏的情况下器件 可以承受的最大温度。 下一个温度规格是 绝对最大额定温度。 这是在不发生任何不可恢复更改的 情况下器件可以看到的最大工作温度。 在器件通电并运行时指定该温度。 环境温度或 TA 是在器件 仍按照数据表参数工作时器件 可以承受的自然通风 工作温度。 最后一种是 TJ 或结温， 它是器件可以可靠 工作的最大内部温度。 虽然每种温度规格都对 IC 可靠运行很重要，但在设计系统时 需要仔细考虑结温 和环境温度。 正如我们看到的，热量从高温流向 相对较低的温度。 由于器件消耗电力， 因此电力会转换为器件内部的热量， 并且会自然流向具有较低温度的 周围环境。 通常在数据表中将热流描述为 热阻或 θ。 可以使用如图所示的等效电路来表示 该情况。 在该公式中，P 表示器件以热量形式进行的 功率耗散。 根据系统，可能存在 热模式的变体。 例如，考虑一个具有散热器的 器件，其中热量通过多个材料 界面传递到周围的空气中。 这些界面的热阻由系统的 θAJ 构成。 这些界面通常是裸片到封装，即 θCJ， 封装到散热器，即 θCS，散热器到空气，即 θSA。 将这些内容转换为我们的环境， 可以通过获取环境温度并使用 IC 的功率耗散，来计算结温。 或者，知道IC 的功率 耗散和结温，也能够计算 传感器测量环境温度的 能力。 让我们来看看几个可以更好地说明这一点的示例。 在温度传感器中， 测量结温。 因此，在进行环境温度测量时， 需要保证环境与结之间的温度 差值很小。 让我们以特定温度传感器的 建议工作条件为例。 对于该器件，环境温度的最大值为 125 摄氏度。 结到空气的热阻为 70.7 摄氏度/瓦。 指定的最大有效电流为 220 微安。 我们假设采用 3.3伏的电源电压。 现在，可以通过获取电源电压 与电流的乘积来计算最大 功率耗散。 使用前面显示的公式来表示热流， 可以计算出结温为 125.05133 摄氏度。 对于温度传感器而言，这意味着什么呢？ 对于在该器件上耗散的功率， 耗散的热量对实际测量的 影响非常小。 换句话说，温度传感器将能够 以非常小的误差测量环境温度， 并且仍处于建议的工作 规格范围内。 让我们来看看有关该同一器件的另一个示例。 环境温度最大为 150 摄氏度。 结到空气的热阻为 70.7 摄氏度/瓦。 指定的最大有效电流为 220 微安。 我们假设采用 5.5伏的电源电压。 所有参数都处于建议的工作条件 范围内。 现在，可以计算出最大功率耗散 PDmax。 可以计算出对应的结温 为 150.085 摄氏度。 正如我们看到的，即使所有参数 都处于建议的工作范围内， 结温也超出了绝对最大额定值， 可能会导致器件发生不可恢复的损坏。 综上所述，本培训视频展示了 如何理解半导体器件的绝对最大 工作条件和建议工作条件。 我们还详细说明了数据表中不同 温度和热规格的含义，以及如何 为温度传感器使用这些参数。