問：根據數據手冊規格估算高速放大器的結溫有多準確？結溫是否易于測量？

答：許多年前，我和一位應用工程師同事談到了從環境溫度（T一個）、功耗（PD），和熱阻 θJA），如公式1所示。

TJ = TA + PDθJA ? ? ? ? ?(1)

他告訴我一種替代方法，通過使用片上輸出級保護二極管作為溫度傳感器來獲得常用3端子穩壓器的結溫。他的公司在日常測試和評估期間使用保護二極管測量穩壓器的結溫。這種溫度檢測技術也可用于高速運算放大器。

在圖1中，二極管D3和D4保護運算放大器免受靜電放電（ESD）的損壞。二極管 D1 和 D2 保護高速運算的輸入差分對免受反向電壓擊穿的破壞性影響。專用二極管和PN結通常用作溫度傳感器，但ESD和輸入保護二極管也可用于測量溫度。

圖1.靜電放電和輸入保護二極管

使用二極管作為溫度傳感器的原理很簡單。施加恒定電流時，二極管或PN結兩端的電壓將隨溫度下降約1至2 mV/°C。電壓隨溫度的變化可以與查找表或公式一起使用，以計算任何給定二極管電壓的溫度;在這種情況下，可以確定高速運算放大器的管芯溫度。

二極管電壓與溫度的關系可以通過將放大器放置在溫度室中來表征，該溫度室向ESD二極管結施加恒定電流（選擇0.5 mA以避免自熱對二極管結的影響），如圖2所示。將溫度設置為25°C，將器件“浸泡”幾分鐘，然后記錄二極管兩端的電壓。在 –40°C 和 +85°C 下重復此操作。 取三個點后，可以確定斜率。

圖2.ESD二極管熱校準框圖

二極管電壓隨溫度變化的表達式是使用公式2的點斜率形式推導的。然后可以輕松計算任何二極管電壓的溫度。

y –y1= m（x – x1) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (2)

使用上述程序評估AD8063通用300 MHz軌到軌放大器上的ESD二極管，產生的斜率為–1.2 mV/°C。 代入公式2，得到：

y = –0.0012x V/°C + 0.887 V （3）

求解 x 后，可以根據電壓讀數計算芯片溫度：

x = –833.3y °C/V + 739.2°C （4）

接下來，AD8063的功耗設置為1/4 W;這種耗散提供了足夠的電壓擺幅來精確測量二極管電壓的變化。AD5采用+3 V和–8063 V電源供電，配置為驅動20 Ω負載，如圖3所示。放大器的靜態電流為5.5 mA，因此空載時功耗為44 mW。將 1V 直流信號施加到輸入端，在輸出端產生 50mA 負載電流。輸出晶體管兩端的壓降為4 V。負載為50 mA時，放大器再耗散200 mW，總功耗為244 mW。AD8063加熱幾分鐘。電路切換回圖2所示配置，并讀取二極管電壓。平均電壓為817 mV，相當于結溫為58.4°C。

圖3.250 mW 功耗測試設置

為了驗證結果，使用紅外熱像儀測量外殼溫度。根據我們的封裝工程師的說法，結溫比外殼溫度高約1°C至2°C。紅外測量產生的外殼溫度為58.7°C（見圖4）。考慮到塑料封裝的熱效應，結溫約為60°C。 因此，二極管電壓和IR測量提供了良好的相關性。

使用公式1和θJA計算結溫賈230°C/W（來自AD8063數據手冊）導致結溫為83.7°C，相差43%！工作公式 1 向后提供實際 θJA約130°C/W。θJA本數據表中非常保守，可確保堅固可靠的設計。對于更真實的結溫，ESD二極管測量技術被證明是獲得精確芯片溫度的合理方法。

審核編輯：郭婷