高速单片机硬件关键参数设计概述

　　电子元件密度比以前高了很多，同时功率密度也相应有了增加。由于电子元器件的性能会随温度发生变化，温度越高其电气性能会越低。

(1)数字电路散热原理

　　半导体器件产生的热量来源于芯片的功耗，热量的累积必定导致半导体结点温度的升高。随着结点温度的提高，半导体器件性能将会下降，因此芯片厂家都规定了半导体器件的结点温度。在高速电路中，芯片的功耗较大，在正常条件下的散热不能保证芯片的结点温度不超过允许工作温度，因此需要考虑芯片的散热问题。

　　在通常条件下，热量的传递通过传导、对流、辐射3种方式进行。

　　散热时需要考虑3种传热方式。例如使用导热率好的材料，如铜、铝及其合金做导热材料，通过增加风扇来加强对流，通过材料处理来增强辐射能力等。

　　简单热量传递模型： 热量分析中引入一个热阻参数，类似于电路中的电阻。如果电路中的电阻计算公式为R=ΔE/I，则对应的热阻对应公式为R=Δt/P（P表示功耗，单位W；Δt表示温差，单位℃）。热阻的单位为℃/W，表示功率增加1W时所引起的温升。考虑集成芯片的热量传递，可以使用图5描述的温度计算模型。

　　由上所述，可推导出

Tc＝Tj－P× RJC

　　也就是说，当Tc实测值小于根据数据手册所提供数据计算出的最大值时，芯片可正常工作。

(2)散热处理

　　为了保证芯片能够正常工作，必须使Tj不超过芯片厂家提供的允许温度。根据Tj=Ta+P×R可知，如果环境温度降低，或者功耗减少、热阻降低等都能够使Tj降低。实际使用中，对环境温度的要求可能比较苛刻，功耗降低只能依靠芯片厂家技术，所以为了保证芯片的正常工作，设计人员只能在降低热阻方面考虑。

　　如图5所示，可变的热阻由芯片外壳与散热器间的热阻（接触热阻）、散热器到环境的热阻组成。这就要求设计人员减少接触热阻，比如选用接触热阻小的导热胶，考虑大的接触面积等。散热器方面还要选择热传导率高的散热器材，考虑使用风冷、水冷等对流散热措施，增强辐射能力，扩展散热面积等措施。　

结 语

　　以上提到的高速单片机设计思想和方法，目前已经在国外的公司得到实践和发展，但是国内这方面的研究和实践还很少。该设计思想在我们公司实践、摸索，提高了产品可靠性。在这里推荐给各位同行，期望共同探讨。