文章來源：芯學知

原文作者：芯啟未來

本文主要講述MEMS中的三種測溫方式。

在集成MEMS芯片的環境溫度測量領域，熱阻、熱電堆和PN結原理是三種主流技術。熱阻是利用熱敏電阻，如金屬鉑或注入硅的溫度電阻系數恒定，即電阻隨溫度線性變化的特性測溫，電阻變化直接對應絕對溫度，需恒流源供電。熱電堆基于塞貝克效應，多對熱電偶串聯將溫差轉為電壓，冷端溫度需獨立測量以推算目標溫度，在MEMS芯片中采用多晶硅/鋁熱電偶堆疊于氮化硅懸膜，熱端吸紅外輻射，冷端錨定襯底。PN結測溫是半導體PN結在恒定正向電流下，結壓降與絕對溫度成反比（約-2mV/℃），電壓或數字碼對應絕對溫度，無需外部參考。

高精度工業監控選鉑電阻方式測溫，優勢是寬溫域（-200~800℃）、長期穩定性好，但是功耗與成本敏感場景需謹慎，需注意自熱效應導致的誤差。適合電力設備或高溫反應釜監測，例如化工反應釜內溫度通常在-50~500℃，且需精確控制（如聚合反應需±0.5℃以內誤差）。此時選擇PT100熱電阻，因其測溫范圍覆蓋-200~850℃，精度達A級（0.15℃+0.002|t|），且抗振動、耐腐蝕（封裝后），可長期穩定工作。

非接觸測溫應該選熱電堆測溫方案，優勢是無需物理接觸，但需要冷端集成方案，提升補償實時性。適用于醫療額溫槍、家電防燙（如電陶爐），例如高壓電機表面測溫，電機運行時帶電，無法接觸，且需實時監測是否過熱（50~150℃）。熱電堆傳感器可安裝在距離電機10~30cm處，通過紅外輻射快速捕捉表面溫度，避免觸電風險。

能效優先的嵌入式系統選PN結測溫，優勢是超低功耗和數字接口（I2C/單總線），但是高溫場景無法勝任。CPU溫度監測，電腦CPU工作溫度在40~100℃，需實時反饋溫度以調節風扇轉速。CPU內置的PN結傳感器體積僅微米級，可直接貼附在核心芯片上，0.01秒內響應溫度變化，成本極低（集成在芯片內無需額外成本）。鋰電池內部測溫，鋰電池充放電時溫度需控制在-20~60℃，防止過熱起火。PN結傳感器可嵌入電池電芯內部（體積小不影響結構），高靈敏度捕捉微小溫度變化（如充放電時0.5℃的波動），配合BMS系統及時斷電保護。