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    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(lái)愈快，功能愈來(lái)愈多。執(zhí)行速度愈來(lái)愈快代表著單一芯片的工作頻率愈來(lái)愈高，功率損耗也愈來(lái)愈大；而功能愈來(lái)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(lái)愈高，從最初的100W到現(xiàn)在的250W/350W。換句話說(shuō)，整個(gè)電腦系統(tǒng)也愈來(lái)愈熱，散熱的需求也愈來(lái)愈普遍。在構(gòu)思散熱方案的同時(shí)，準(zhǔn)確地偵測(cè)系統(tǒng)或單一芯片的溫度也格外地重要。否則，就可能會(huì)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)�使系統(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(lái)源有哪些呢？了解熱源和為什么會(huì)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(wú)論是Intel的Pentium 3和Pentium 4，還是AMD的K7CPU都已經(jīng)超過(guò)1GHz。這意味著：如果沒(méi)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
 
（2） 繪圖芯片或3D加速芯片

    隨著視覺(jué)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(lái)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(lái)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(huì)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(huì)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(huì)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(méi)有辦法直接散熱到外面空氣中。

 
（6）導(dǎo)熱管（Heat Pipe）

    本來(lái)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(huì)耗電，再加上出口地方的風(fēng)扇沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)的情形下，導(dǎo)熱管就會(huì)變成另一號(hào)危險(xiǎn)來(lái)源。由于它橫跨的區(qū)域很大，所以傷害性相對(duì)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(shuō)，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(duì)也拉長(zhǎng)很多，并且證驗(yàn)費(fèi)用和初期生產(chǎn)成本都會(huì)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(huì)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(huì)買這個(gè)等級(jí)的PC就是希望能夠執(zhí)行得夠快，若降低頻率來(lái)執(zhí)行，不見(jiàn)得會(huì)被客戶或使用者所接受。

 
    方法三：利用風(fēng)扇帶走熱量

    我們?cè)诩依锘蜣k公室中，若天氣實(shí)在太熱了，最簡(jiǎn)單有效的方法就是裝一臺(tái)冷氣機(jī)；沒(méi)有錢的話，也可以買一臺(tái)電風(fēng)扇來(lái)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(wèn)題，這并不會(huì)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(kāi)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(wèn)題，但是在沒(méi)有散熱系統(tǒng)的情形下還是會(huì)燒毀�？梢�(jiàn)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(kāi)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(wú)論是熱敏電阻或IC型溫度傳感器）都需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能夠?qū)�熱傳�?dǎo)到傳感器的核心部份。根據(jù)美國(guó)國(guó)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?gòu)目諝鈧鲗?dǎo)到溫度傳感器中，這個(gè)過(guò)程至少需要20分鐘以上的時(shí)間。如果，散熱片（Heat Sink）沒(méi)裝好或風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，那么不到二分鐘，CPU就會(huì)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�離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(cè)到CPU內(nèi)部的溫度了。現(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(huì)變成PC和筆記本電腦的一個(gè)重要的趨勢(shì)。

 
     在LM86（圖1）的運(yùn)用實(shí)例中，通常T_CRIT_A的輸出信號(hào)會(huì)被用做過(guò)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(hào)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(cè)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(lái)偵測(cè)，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(lái)執(zhí)行的，否則畫面會(huì)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(lái)啟動(dòng)和關(guān)閉風(fēng)扇，第一個(gè)是便宜的做法，用LM26來(lái)偵測(cè)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(lái)，便自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇。第二是采用LM88來(lái)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(lái)做風(fēng)扇的4段變速控制器，而是能同時(shí)偵測(cè)二個(gè)待測(cè)物。一般筆記本電腦的PCMCIA插槽都有兩個(gè)，所以LM88是用來(lái)偵測(cè)PCMCIA的最佳選擇。由于LM88不需要用軟件來(lái)控制，所以我們不用擔(dān)心Windows死機(jī)或藍(lán)螢?zāi)唬˙lue Screen）的問(wèn)題。

 
結(jié)語(yǔ)

    雖然溫度傳感器在PC和筆記本電腦中毫不起眼，沒(méi)有工程師會(huì)去注意它的重要性，更不用說(shuō)使用者能感覺(jué)到它的存在。但是，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)芯片來(lái)說(shuō)，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。
 

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