1. Wie wird die Temperatur gemessen im Chip?:
Es gibt nur wenige Methoden die hier bei Prozessoren im Computer zum Einsatz kommen. Generell wären dies:
1. Interne Ermittlung über die Schwellenspannung einer Diode
2. Interne Ermittlung mittels einer Kapazität
3. Interne Ermittlung mittels einer Widerstandsbrücke
4. Externe Ermittlung über einen NTC/PTC
5. Externe Ermittlung über Diode/Kapazität
1. Interne Ermittlung über die Schwellenspannung einer Diode:
Einen einfachen p-n-Übergang zu erzeugen ist im Bipolar- so wie im CMOS-Prozess kein großes Problem. Da man eh p- und n-Schichten benötigt zur Herstellung der Transistoren. Es ist auch die häufigste Methode die im Chip verwendet wird.
Denn die Diode ist zudem mit ca. -1mV pro Kelvin (K) Offset, bei einer Si-Diode, sehr genau zu bestimmten bis auf Konzentrationsunterschiede bei der Dotierung. Diese sind aber ohne ein Vormessen nicht zu ermitteln somit ist dies meist die Standartabweichung.
Es muss also nur immer mit einer Frequenz die Diode zum durchschalten gebracht werden und jedesmal der Schaltpunkt (Schwellenspannung) festgehalten werden. Das ist recht genau möglich da es der Punkt ist an dem der Strom erheblich steigt. Im Idealfall nimmt man an gegen Unendlich. Wenn man diese Spannung nun hat nimmt man die bei Raumtemperatur (20°C) üblichen 0,7V und vergleicht diese mit der gemessenen Spannung.
Rechenbeispiel:
Schwellenspannung bei 20°C = 0,7V
Schwellenspannung gemessen = 0,68V
Differenz = -0,02V = -20mV
Temperatur: -1mv = +1K / -20mV = +20K / +20K = +20°C / 20°C+20°C = 40°C
Somit kann also die Temperatur sehr genau ausgelesen werden. Abhängig ist es eben nur noch davon wie genau die Diode an den idealen 0,7V bei Si liegt und wie genau der Auswertechip (meist ein Produkt von Winbond) das Signal erfasst (hier können Störfrequenzen so wie Leitungswiderstände einen Einfluss noch haben).
2. Interne Ermittlung mittels einer Kapazität:
Funktioniert beinahe gleich wie bei der Diode nur das hier die Temperaturabhänigkeit einer Kapazität bewertet wird. Ist jedoch sehr selten da das Herstellen einer genauen Kapazität nicht so leicht möglich ist da der Ätzstop des Dielektrika (SiO2, Si3N4) nicht genau genug bestimmt werden kann. Selbst beim Trockenätzen kann die Detektion fehlerhaft sein.
Auch hier wird dann ein Drift in mv/K ausgewertet. Leider habe ich dazu nicht nähere Informationen da es eben unüblich ist.
3. Interne Ermittlung mittels einer Widerstandsbrücke:
Hier bei kommt die Wheatstone-Brücke zum Einsatz. Hier wird ebenfalls dann eine Veränderung in mV/K ermittelt. Auch dieses verfahren findet äuserst selten Einsatz nach meinem Kenntnisstand da hierzu im Idealfall Platin als Widerstandsmedium benötigt wird.
4. Externe Ermittlung über einen NTC/PTC:
durch den Fühler geschickt und die abfallende Spannung gemessen.Diese Methode war zu Zeiten wo man noch nicht über Dioden im Chip gemessen hat, am weitesten verbreitet. Bei Sockel A und Sockel 370 Systemen war dabei immer ein NTC oder PTC im Sockel-Loch untergebracht. Dadurch war auch gleich klar das der gemessene Wert weit von dem Realwert abweicht.
Hier wurde von den Winbond-Chip einfach ein Strom durch den Fühler geschickt und einfach die Spannung die abfällt gemessen. Je nach Winbond musste dann auch der Fühler sein da der Winbond die gemessene Spannung vergleicht mit einer ihm bekannten Kurve (Spannung in Abhängigkeit der Temperatur).
5. Externe Ermittlung über Diode/Kapazität:
Ein verfahren das wie intern funktioniert und dann eben im Sockel-Loch ein SMD-Kondensator oder eine SMD-Diode war. Auch hier vergleicht der Winbond mit einer ihm bekannten Skala.
Beide Verfahren (4. und 5.) sind auch entsprechend der Bauteiltoleranzen ungenau.
