ZHCAFA3 January 2025 TMP118
簡介
溫度傳感器的響應(yīng)時間可能是智能手表、醫(yī)療設(shè)備或燃氣表等應(yīng)用所需的一項關(guān)鍵功能。更快的響時間應(yīng)可帶來諸多好處，包括讓系統(tǒng)更快地進行冷卻調(diào)節(jié)，為智能手表中的用戶睡眠模式提供更詳細的數(shù)據(jù)范圍，或向醫(yī)療人員發(fā)出患者狀況突然變化的警報。TMP118 采用超小型超薄 PicoStar? 封裝，低熱質(zhì)量可實現(xiàn)有競爭力的響應(yīng)時間。通過實施柔性印刷電路 (FPC) 板可進一步縮短此響應(yīng)時間。
數(shù)據(jù)
圖 1 顯示了剛性和柔性 PCB 響應(yīng)時間數(shù)據(jù)。
圖 1 剛性（左）和柔性（右）PCB 響應(yīng)時間數(shù)據(jù)熱質(zhì)量是設(shè)計速度和響應(yīng)能力系統(tǒng)時需要考慮的重要因素。IC 不僅需要具有較小的占用空間，而且為了更大程度地改善響應(yīng)，電路板需要包含超小的熱質(zhì)量。實現(xiàn)這一點的一些可能方法是在基于 FR4且層極少的較薄電路板上設(shè)計傳感器；然而，為了充分提高 TMP118 的功能，強烈建議考慮使用 FPC 板。
為了更好地解釋這一點，我們使用基于 62mil FR4 的原型板進行了測試，并使用 TMP118EVM FPC 傳感器板 (5.1mil) 收集數(shù)據(jù)，比較每個電路板浸入 75°C 油浴時的響應(yīng)時間。每個電路板上的 TMP118 傳感器在浸入之前讀取的環(huán)境溫度接近 25°C。在剛性（基于 FR4）PCB 的測試中，觀察到平均上升時間為 1.4 秒。同時，觀察到柔性 PCB 的平均上升時間為 0.16 秒，與基于 FR4 的電路板相比提高了近 87%。
FPC 板的響應(yīng)時間顯著縮短的原因在于熱質(zhì)量低，使 TMP118 傳感器能夠快速吸收環(huán)境（或表面）溫度，而剛性電路板耗時更長，因為 FR4 材料吸收了環(huán)境中的部分環(huán)境熱量，減緩了響應(yīng)時間。計算得出的 FPC 板熱質(zhì)量約為 0.769J/°C，而剛性電路板的熱質(zhì)量為 1.76J/°C，是 FPC 板質(zhì)量的兩倍。兩種計算均包含了 TMP118 器件的熱質(zhì)量 (0.14mJ/°C)。使用 表 1 和 方程式 1 中的常量和公式可以得出這些板的質(zhì)量。
| 電路板尺寸 (mm) | ||
|---|---|---|
| 剛性 PCB 板 | 12.7 (l) × 12.7 (w) × 0.76 (h/厚度) | |
| TMFPC 板 | 連接器處 177.32 (l) × 2.5 (w) × 0.3 (h)；0.13 (h) | |
| 電路板常量 | ||
| 密度 | 剛性 PCB 板 | FPC 板 |
| 銅纜： 8.96g/cm3 | ||
| FR4：1.85g/cm3 阻焊劑：1.4g/cm3 | 聚酰亞胺：1.43g/cm3 | |
| 熱容量 | 銅纜： 0.385J/g°C | |
| FR4：0.85J/g°C 阻焊劑：0.9J/g°C | 聚酰亞胺：1.1J/g°C | |
剛性（基于 FR4）板和 FPC 板的熱質(zhì)量公式
CSubstrate = 材料的熱容量
具有低熱質(zhì)量的電路板和 TMP118 傳感器組合可以為需要超快響應(yīng)時間并保持高精度的系統(tǒng)提供有意義且易于實施的解決方案。