PCB布局中如何消除热滞现象

每当您需要在PCB布局中放置参考电压时，它都必须对温度波动和外部噪声具有超稳定性。基准电压源的漂移会产生较小的电压误差，这在某些精密测量系统以及精密稳压器和高分辨率转换器中是无法接受的。参考电压电路有一个特定的量，该量定义了温度循环如何影响参考电压，这就是所谓的热滞。

对于半导体部件，仅由于半导体器件的平面结构，不可避免地存在热滞后现象。尽管不能完全防止热滞现象，但是可以通过在将产品部署到最终环境之前进行适当的PCB安装和电气测试来抑制它。这是导致热滞现象的原因，以及在准备部署新解决方案时如何消除热滞现象。

什么是热滞回？

从技术上讲，由于某些变量或系统参数（包括温度和随温度变化的量）的变化，任何可物理测量的量在测量过程中都会显示出滞后现象。通常用含防冻蛋白/糖蛋白的溶液中冰晶的凝固点和熔点的分离来讨论热滞，其中随着溶液温度在极限值之间循环，凝固温度和熔化温度将略有变化。从概念上讲，可以将热磁滞与磁滞进行比较，其中循环的磁场会留下一些剩余磁化强度。

电路中的热滞回

在电子产品中，热滞现象用于描述参考电压的精度。这些是精密电路和设备，用于为某些其他电路中的电压测量提供稳定的比较。需要稳定参考电压的一些电路和组件是：

模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）：这两个电路使用参考电压来设置量化值。

低压差（LDO）调节器：基准电压用作误差放大器的一个输入，以检测调节器的输出电压何时下降得太低。然后，误差放大器对MOSFET进行调制，以将输出电压校正为所需值。

比较器：基准电压源为比较器的高和低阈值及其自身的开关滞后提供了基础。这可以由电池，齐纳二极管或硅带隙基准源提供。

正式定义

热滞现象的形式正式定义为在整个工作温度范围内器件循环之前和之后，环境温度（+25°C）下输出电压的变化。电压基准电路中的热滞通常以ppm /°C为单位进行测量。这是输出参考电压由于在间隔ΔT内的温度循环而变化的量。实际上，当温度在整个ΔT内循环时，这是参考电压电路输出电压的永久变化。

如果器件在其低温额定值和高温额定值之间循环（例如，许多组件的温度范围为-40°C至125°C），则对于典型的带隙基准电压电路，输出的总变化可达到〜1 mV。正确安装在PCB上的高精度电路在整个工作温度范围内的迟滞值可低至〜105 ppm。注意，即使电路的温度保持恒定，在这些电路中也会发生长期漂移。

LDO稳压器中使用的参考电压中的热滞示例测量。

什么引起热滞后？

热滞是由温度循环过程中累积在半导体管芯上的机械应力产生的。应力分布以及如何从器件释放应力取决于芯片先前是否处于较高或较低的温度，以及器件中过去的应力历史。由于热膨胀和收缩，应力在模具上的不同位置累积并凝固。

一旦带有参考电压电路的设备脱离生产线，通常会在标准环境条件下进行简短测试。接下来发生的事情可能会在半导体管芯上施加压力，并导致参考电压电路的输出以下列方式发生变化：

包装过程中的加热和冷却：将模具放置在包装中时，将其装入高温的环氧包装中。然后包装冷却并返回到环境温度。在此过程中，应力将积聚在模具上。

组装过程中的焊接：波峰焊需要将设备加热到高温并保持一段时间。冷却后，模具中会积累一些应力。手工焊接不会将整个设备加热到导致大量应力累积的程度。

工作期间发热：当设备在PCB上工作时，温度不可避免发生变化。热量可能从板上的其他组件或外部环境流向参考电压电路。

在容易产生热滞的部件周围放置切口槽是增加部件下方的基板的刚度的一种方法。另外，将设备放置在远离PCB中心的位置。两种方法均已通过实验证明可减少应力积累和产生的热滞后现象。

板边缘提供了一个较硬的安装表面，可防止由于热滞而导致输出电压变化。

最后，为了减轻管芯中的应力并迫使参考电压电路稳定到其长期输出，可以在组装的PCB运行时重复循环该电路。这可能需要多个周期，但是一些组件制造商对参考电压的测量显示，在重复循环之后，磁滞窗口会随着时间的流逝而减小。
编辑：hfy