[發明專利]芯片內部溫度控制方法和裝置以及基于本方法的實驗儀

無效

• 申請號: 201310047516.7
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103176489A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 雷撼;張凱;宋建平
• 申請（專利權）人: 南京千韻電子科技有限公司
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20;G01R31/26;G01N25/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 朱慶華

1.一種芯片內部溫度控制方法，其特征是在同一半導體芯片上集成了電加熱系統、測溫傳感器以及含有被測PN結的晶體三極管；

測溫傳感器與被測PN結位于同一半導體晶片；由處理器對芯片實現加熱和溫度控制；

同一半導體芯片由至少三個相同三極管組成，并且這幾個三極管物理特性極其相近；

對于溫度傳感器：選取半導體芯片中任意一個三級管來進行芯片內部PN結溫度的測量；由于三極管在工作時電流產生熱量，并且其PN結溫度的升高與PN結兩端的電壓有為比例關系，當三極管基極電流Ib一定以及集電極電壓Uc一定時，該PN結的結電壓Ube和結溫度T成線性關系，即溫度每升高1℃，PN結兩端的電壓降低Ux，由此通過其中一個三極管的PN結電壓變化可以測出芯片內部的用于測量PN結的實時溫度；

對于電加熱系統：加熱模塊是利用半導體芯片中的任一個三極管的PN結隨著其上電流的升高，其產生的熱量也不斷增加的原理，通過控制PN結上的電流，進而控制PN結產生熱量的多少，從而將該PN結作為芯片內部的被測PN結加熱模塊。

2.根據權利要求1所述的芯片內部溫度控制方法，其特征是若要測得被測PN結的真實的溫度，還需在芯片工作之前進行校準：溫度校準模塊是用外部的環境溫度傳感器采集環境溫度；由于在實驗儀未啟動之前，半導體芯片內部和環境處于同一個熱平衡環境，在熱平衡狀態下，芯片內部的溫度等于環境溫度；此時由環境溫度傳感器采集到的溫度即為芯片內部初始溫度T0；此時作為溫度傳感器的PN結測得的電壓為Ube0，當該PN結溫度變化1℃時，PN結兩端的電壓變化Ux?，該電壓Ux通過放大電路放大，并經模數轉換器得到能夠辨別的信號；

已知PN結電壓隨溫度變化系數為Ut，初始的參考電壓為Ube0，控溫裝置測得的電壓為Ubet，芯片內部初始溫度T0，由此可得出待測PN結的溫度T：

T=T0+（Ubet?-Ube0）/?Ut???????????????（1-1）

據此，測得PN結的實時溫度。

3.一種實現權利要求1所述方法的芯片內部溫度控制裝置，其特征是包括電源模塊、處理器、驅動電路、半導體芯片、控溫旋鈕、顯示單元、模數轉換器和數模轉換器；電源模塊為本芯片內部溫度控制裝置提供帶電源；

控溫旋鈕連接處理器的溫控信號輸入端；

所述半導體芯片上集成了至少三個相互獨立的三極管；這些三極管中包括：含有用于被測PN結的測量用三極管、用于加熱的片內加熱三極管和用于測量芯片內部溫度的片內感溫三極管；

所述測量用三極管的基極、發射極和集電極上分別連接有接線端子，接線端子分別標識為b、e和c；

所述處理器的加熱電流信號輸出端通過數模轉換電路連接控制驅動電路，驅動電路的驅動電流輸出端連接片內加熱三極管基極和發射極，該基極和發射極之間的PN結作為加熱模塊，PN結上的電流可調；

所述片內感溫三極管的基極電流Ib和集電極電壓Uc恒定，片內感溫三極管的基極b和發射極e之間的電壓信號經放大和經模數轉換器轉換后傳給處理器的片內溫度信號輸入端；?

所述顯示單元連接處理器的顯示信號輸出端。