基于处理器芯片结温的网络设备温度监控调整及过温保护设计.docx

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基于处理器芯片结温的网络设备温度监控调整及过温保护设计

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黄由立

摘要本文介绍采用TMP411配合CPU处理器和外围系统实现对处理器芯片内核温度与网络设备内部温度的测控，及过温保护的研究和设计。设计并实现了整套系统电路，通过专业接口将TMP411与CPU及CPLD接口连接，实现监控处理芯片内核温度和设备内部温度，并通过连接必要数据通信线路和控制线路控制外部系统形成设备散热自动调控及过温自动保护系统。实现了在不同使用环境下，设备实时监控CPU处理器芯片内部核心的结温与设备内部空气温度，一旦温度高出就会自动报警并自动风扇调速加强散热，极端过温环境下能自动下电保护芯片及设备不受损坏的功能。

关键词TMP411MIPS多核处理器CPLD温度监控过温保护

中图分类号：TN919文献标识码：A

0引言

随着技术发展，MIP多核处理器的芯片主频和性能不断提升，导致相应的芯片功耗也越来越高。使用处理器的网络设备用于多种不同的使用环境，容易出现在密闭机柜或散热不良情况下，出现设备内部空气过热问题，导致CPU芯片内部核心温度升得过高，超过芯片结温上限后会导致芯片烧毁。而CPU处理器损坏整套网络设备就瘫痪无法工作，市面上已经有多例的故障案例造成较高经济损失。此情况下部分设备设计选择用简单的定速风扇散热设计，风扇按照默认全速运行在常温下有如下问题：风扇噪声很大，超出国标的噪声标准而无法通过认证、功耗较大消耗较多资源不够绿色环保、在环境温度升高变化后的弹性保护不足。因此急需设计实现一套系统方案能实时监控芯片内核温度与设备内部温度，基于温度实现散热系统既能满足噪声认证要求也能自动调整加强保护弹性，极端情况下还能自动下电保护避免芯片及设备出现物理损伤，具有较高实际意义和市场经济价值。

1系统功能设计

温度采集和自动散热调整及下电保护装置是本文的重点研究内容。温度采集模块用于实时收集CPU处理器芯片内核温度和设备内部环境温度，配合外部控制电路实现基于温度的自动散热能力调整及过温自动下电保护功能。此功能需要解决如下问题：一个是需要满足噪声认证指标下的可自动调整的弹性散热方案;另一个是极端环境CPU温度过高的情况下避免CPU持续运行導致内部晶体管过温击穿烧坏的下电保护措施。

对于噪声认证标准，国标的噪声测试要求在25度的常温环境下不超过40dB，此时风扇并不需要以最高的能力散热，当CPU或设备内温度升高到一定阈值的情况下，才开启最高的散热能力。因此设计风扇有两个级别的散热能力：一种是低温低速，满足噪声指标并具有一定的散热能力;一种是高温高速，满足最高的散热指标。

对于CPU烧坏问题，直接的原因是CPU的温度过高，一般CPU给出的最高内核结温时105度，如果给予足够的散热能力CPU不至于烧毁，但是外部环境和散热系统可能会变化，比如风道被堵、风扇损坏、散热片未锁紧、导热硅脂老化失效等情况，不能只依靠被动散热，需要一套主动的过温保护方案，通过主动获取CPUDIE的温度，当温度达到一定阈值后对CPU进行下电保护。

综合以上功能，设计三个温度点，THERM_A，THERM_B和THERM_C，设置THERM_ATHERM_BTHERM_C，分别对应的意义是：p

THERM_A：表示CPU温度稍高，需要提升风扇散热能力。

THERM_B：表示CPU温度过高，需要高温报警，提示用户。

THERM_C：表示CPU温度极高，超过CPU工作温度，需要下电保护。

系统功能设计如下：

（1）当CPU温度未达到THERM_A温度点，风扇低速运转，无任何提示，系统正常运行。

（2）当CPU温度超过THERM_A的时候，风扇自动切换高速运行，直到CPU温度降低到THERM_A度之后风扇才变为低速。

（3）当CPU温度达到THERM_B及以上的时候，设备发出一次高温警告，记录信息并提示客户，系统红灯告警。直到温度低于THERM_B温度的时候，才系统灯恢复绿色。

（4）当温度达到THERM_C的时候，过温保护，系统灯显示红色，切断CPU的电源，直到CPU温度降低到THERM_C-10度后才恢复上电，复位重启。

2系统选型设计

2.1温度检测器件选型

根据温度检测需求选择TMP411作为温度检测芯片。TMP411是德州仪器TI推出一款准确度在？℃范围内的远程结温传感器与本地温度传感器集成一体的器件，可用于同时监控CPU、微处理器中的热敏二极管数据及自身本地温度传感器数据。

TMP411使用二极管测温功能，测温原理是基于二极管对温度十分敏感的特性，温度的变化将改变二极管压降：温度上升时管压降减小;温度下降时管压降增加，同时二极管的温度和压降的线性度相当好，所以被用来进行测试要求精密的测温。其能在-40℃～+125℃的温度范围内稳定工作，可测量温度范围则可高达