MEMS中的三种测温方式

文章来源：芯学知

原文作者：芯启未来

本文主要讲述MEMS中的三种测温方式。

在集成MEMS芯片的环境温度测量领域，热阻、热电堆和PN结原理是三种主流技术。热阻是利用热敏电阻，如金属铂或注入硅的温度电阻系数恒定，即电阻随温度线性变化的特性测温，电阻变化直接对应绝对温度，需恒流源供电。热电堆基于塞贝克效应，多对热电偶串联将温差转为电压，冷端温度需独立测量以推算目标温度，在MEMS芯片中采用多晶硅/铝热电偶堆叠于氮化硅悬膜，热端吸红外辐射，冷端锚定衬底。PN结测温是半导体PN结在恒定正向电流下，结压降与绝对温度成反比（约-2mV/℃），电压或数字码对应绝对温度，无需外部参考。

高精度工业监控选铂电阻方式测温，优势是宽温域（-200~800℃）、长期稳定性好，但是功耗与成本敏感场景需谨慎，需注意自热效应导致的误差。适合电力设备或高温反应釜监测，例如化工反应釜内温度通常在-50~500℃，且需精确控制（如聚合反应需±0.5℃以内误差）。此时选择PT100热电阻，因其测温范围覆盖-200~850℃，精度达A级（0.15℃+0.002|t|），且抗振动、耐腐蚀（封装后），可长期稳定工作。

非接触测温应该选热电堆测温方案，优势是无需物理接触，但需要冷端集成方案，提升补偿实时性。适用于医疗额温枪、家电防烫（如电陶炉），例如高压电机表面测温，电机运行时带电，无法接触，且需实时监测是否过热（50~150℃）。热电堆传感器可安装在距离电机10~30cm处，通过红外辐射快速捕捉表面温度，避免触电风险。

能效优先的嵌入式系统选PN结测温，优势是超低功耗和数字接口（I²C/单总线），但是高温场景无法胜任。CPU温度监测，电脑CPU工作温度在40~100℃，需实时反馈温度以调节风扇转速。CPU内置的PN结传感器体积仅微米级，可直接贴附在核心芯片上，0.01秒内响应温度变化，成本极低（集成在芯片内无需额外成本）。锂电池内部测温，锂电池充放电时温度需控制在-20~60℃，防止过热起火。PN结传感器可嵌入电池电芯内部（体积小不影响结构），高灵敏度捕捉微小温度变化（如充放电时0.5℃的波动），配合BMS系统及时断电保护。