可設置溫度的恆溫晶片的製作方法

2024-02-10 14:12:15 3

專利名稱：可設置溫度的恆溫晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子領域，具體地說是一種晶片。
背景技術：
在一些要求高精度、高穩定性的應用中，為了減小溫度變化對電路和元器件參數、性 能的影響，需要為一些關鍵的電路和元器件提供恆溫的工作環境。當前的恆溫環境一般使 用恆溫箱和恆溫槽來提供，由分立元件構成溫度控制系統，具有一定的空間，可以將關鍵 的電路或者元器件放入其中。缺點是體積大，維持功耗高，達到穩定的時間長。

實用新型內容
為了克服當前恆溫系統的缺點，本實用新型將整個溫度控制結構與應用電路集成於一 顆晶片上，能夠使晶片在不同的外界溫度環境下，維持在設定的溫度值，為晶片上的應用 電路提供穩定的工作溫度環境，從而減小外界溫度變化對電路參數、性能的影響。
本實用新型採用的技術方案是如

圖1所示，給晶片上的溫度傳感器(2)加上適當的 偏置電流或者偏置電壓(3)，使得傳感器產生一個與溫度相關的電壓，將該電壓與用來 設置溫度的設置電壓(1)送入比較器(4)進行比較，用比較器(4)的輸出來控制晶片 上的發熱單元(5)，應用電路(6)在版圖設計上置於發熱單元(5)的中間，如果晶片 溫度低於設置的溫度，溫度傳感器(2)產生的電壓高於設置溫度的設置電壓(1)，比較 器(4)控制晶片上發熱單元(5)使其電流增加，晶片溫度升高；如果晶片溫度高於設置 的溫度，溫度傳感器(2)產生的電壓低於設置溫度的設置電壓(1)，比較器(4)控制 晶片上發熱單元(5)使其電流減小，晶片溫度降低；最終晶片達到並穩定在設置的溫度 ，使應用電路(6)工作於穩定又均勻的溫度環境中。
一種可設置溫度的恆溫晶片，包括設置電壓，檢測溫度的溫度傳感器，為傳感器提供 偏置的偏置電路，比較器，發熱單元，應用電路，所述的設置電壓與所述的溫度傳感器產 生的電壓送入所述的比較器比較，比較器的輸出控制所述的發熱單元，共同組成一種恆溫 控制反饋結構，應用電路位於發熱單元中間，其特徵在於所述恆溫控制反饋結構和應用
電路集成在同一顆晶片上。
該可設置溫度的恆溫晶片，所述設置溫度的設置電壓是固定值。 該可設置溫度的恆溫晶片，所述設置溫度的設置電壓能夠通過晶片外部來調節。該可設置溫度的恆溫晶片，所述檢測溫度的傳感器是所述晶片上的二極體、三極體、 MOS管或者是電阻。
該可設置溫度的恆溫晶片，所述的發熱單元是所述晶片上的麗OS管、PM0S管、三極體 或者是電阻。
本實用新型的有益效果是可以採用小型的晶片封裝，以減小散熱率，從而使維持設 定溫度的功耗大大降低，縮短達到穩定的時間，並且減小了體積，方便應用於更多場合。以下結合附圖和實施實例對本實用新型做進一步說明。 圖l是本實用新型的原理性結構示意圖。
圖2是本實用新型的一種採用二極體PN結作為溫度傳感器，使用外部設置電壓，採用 NMOS管作為發熱單元，應用電路為電壓基準的恆溫電壓基準結構示意圖。
圖3是本實用新型的一種採用溫敏電阻作為溫度傳感器，固定電壓作為設置電壓，採 用PMOS管作為發熱單元，應用電路為電流基準的恆溫電流源結構示意圖。
具體實施方式
實施例一
如圖2所示，用於設置溫度的設置電壓(11)，連接到比較器(9)的負輸入端，恆流 源偏置電路(8)為測量溫度的PN結(7)的提供固定的偏置電流，PN結(7)的P極連接到 比較器(9)的正輸入端，N極接地，比較器(9)的輸出端連接到發熱單元NMOS管(10) 的柵極，用於控制麗OS管(10)的電流，麗0S管(10)的源極接地，漏極接電源，電壓基 準(12)在版圖上被麗OS管(10)環繞。PN結(7)的壓降與環境溫度成負相關關係，溫 度越高，PN結(7)的結壓降越低；溫度越低，PN結(7)的結壓降越高。當晶片溫度比設 置溫度低時，PN結(7)的結壓降高於設置電壓(11)，比較器(9)的輸出電壓提高，使 得流過NM0S管(10)的電流增大，晶片溫度升高；當晶片溫度高於設定溫度時，PN結(7 )的結壓降低於設置電壓(11)，比較器(9)的輸出電壓變低，使得流過NMOS管(10) 的電流減小，晶片溫度下降。當PN結(7)的結壓降等於設置電壓(11)時，達到平衡狀 態，此時晶片的溫度就是所要設置的溫度，流過NM0S管(10)的電流為維持溫度的維持電 流。通過以上的反饋，使晶片迅速達到並穩定於一個預設的溫度上，為片上電壓基準( 12)提供不隨外界溫度變化的穩定溫度環境。
實施例二
如圖3所示，用於設置溫度的設置電壓(13)為固定值，連接到比較器(16)的正輸入端，恆流源(15)為測量溫度的溫敏電阻(14)的提供固定的偏置電流，溫敏電阻( 14)的一端連接到比較器(16)的負輸入端，另一端接地，比較器(16)的輸出端連接到 發熱單元PMOS管(17)的柵極，用於控制PMOS管(17)的電流，PM0S管(15)的漏極接地 ，源極接電源，電流基準(18)在版圖上位於PMOS管(15)的中間。溫敏電阻(14)的壓 降與環境溫度成負相關關係，溫度越高，溫敏電阻(14)的壓降越低；溫度越低，溫敏電 阻(14)的結壓降越高。當晶片溫度比設置溫度低時，溫敏電阻(14)的壓降高於設置電 壓(13)，比較器(16)的輸出電壓降低，使得流過PMOS管(17)的電流增大，晶片溫度 升高；當晶片溫度高於設定溫度時，溫敏電阻(14)的結壓降低於設置電壓(13)，比較 器(16)的輸出電壓變高，使得流過PMOS管(17)的電流減小，晶片溫度下降。當溫敏電 阻(14)的壓降等於設置電壓(13)時，達到平衡狀態，此時晶片的溫度就是所要設置的 溫度，流過PM0S管(17)的電流為維持溫度的維持電流。通過以上的反饋，使晶片迅速達 到並穩定於一個預設的溫度上，為片上電流基準(18)提供不隨外界溫度變化的穩定溫度 環境。
本實用新型不局限於上述的兩種具體實施方式
，本領域的技術人員在以上說明的基礎 上顯然還能看出許多選擇、組合、修改和變更。比如設置溫度的設置電壓可以為固定值， 也可以由晶片外部設置；溫度傳感器可以是所述晶片上的二極體、三極體、M0S管、電阻 或者它們的組合；發熱單元可以使用NMOS管、PM0S管、三極體、電阻等器件。只要將恆溫 控制反饋電路與應用電路集成到同一顆晶片上，不論採用那種溫度傳感器、發熱單元以及 電路結構組合，均落在本實用新型的保護範圍。
權利要求1.可設置溫度的恆溫晶片，包括設置電壓，檢測溫度的溫度傳感器，為傳感器提供偏置的偏置電路，比較器，發熱單元，應用電路，所述的設置電壓與所述的溫度傳感器產生的電壓送入所述的比較器比較，比較器的輸出控制所述的發熱單元，共同組成一種恆溫控制反饋結構，所述的應用電路位於發熱單元中間，其特徵在於所述恆溫控制反饋結構和應用電路集成在同一顆晶片上。
2.根據權利要求l所述的可設置溫度的恆溫晶片，其特徵在於所述 設置溫度的設置電壓是固定值。
3.根據權利要求l所述的可設置溫度的恆溫晶片，其特徵在於所述 設置溫度的設置電壓能夠通過晶片外部來調節。
4.根據權利要求l所述的可設置溫度的恆溫晶片，其特徵在於所述 檢測溫度的傳感器是所述晶片上的二極體、三極體、MOS管或者是電阻。
5.根據權利要求l所述的可設置溫度的恆溫晶片，其特徵在於所述 的發熱單元是所述晶片上的NMOS管、PM0S管、三極體或者是電阻。
專利摘要本實用新型公開了一種可設置溫度的恆溫晶片，包括用於設置溫度的設置電壓(1)，檢測溫度的溫度傳感器(2)，為傳感器提供偏置的偏置電路(3)，比較器(4)，發熱單元(5)，應用電路(6)。設置電壓(1)與溫度傳感器(2)產生的電壓送入比較器比較(4)，比較器(4)的輸出控制發熱單元(5)，使晶片迅速達到並穩定於設定的溫度，為應用電路(6)提供不隨外界溫度變化的穩定溫度環境。採用本實用新型的產品可以採用小型的晶片封裝，以減小散熱率，從而使維持設定溫度的功耗大大降低，縮短達到穩定的時間，並且減小了體積，方便應用於更多場合。
文檔編號G05D23/20GK201327596SQ200820302520
公開日2009年10月14日 申請日期2008年10月22日 優先權日2008年10月22日
發明者波 杜 申請人:波 杜