CN110058622A - 一种温度自动调节的硅光芯片及调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度自动调节的硅光芯片及调节方法，硅光芯片内部集成有加热器和温度传感器，温度传感器用于感知硅光芯片的温度，温度传感器感知的温度越高则通过加热器的电流越小。硅光芯片温度自动调节，避免了外部MCU的数字通信，节省了元器件成本，简化了控制流程。同时本发明的硅光芯片加热器加热效率较高，温度变化较为平稳。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其是指一种温度自动调节的硅光芯片及调节方法。
背景技术
随着5G无线通信的到来，人们对信息容量、速度及成本上的要求越来越迫切，硅基光电子学凭借其高度集成性发展迅速，成为光通信领域的研究热点和关键技术，未来硅光子有望在100G及更高速率以太网领域扮演重要角色。目前，用于光通信领域光发射和接收器件种类多、价格昂贵，并且随着传输速率的提高，光器件成本所占的比例将会大大提升，必将制约其大规模应用。硅光平台的集成整合将会大大降低光器件的成本和工艺实现难度。但是，由于硅材料的热光系数较大，温度敏感性强，导致其光学性能受温度影响明显，因此在器件设计上必须加以克服。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中硅光芯片的温度敏感性强，其光学性能容易受到温度影响，导致工作效率降低的缺点，提供一种温度自动调节的硅光芯片及调节方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种温度自动调节的硅光芯片，硅光芯片内部集成有加热器和温度传感器，温度传感器用于感知硅光芯片的温度，温度传感器感知的温度越高则通过加热器的电流越小。硅光芯片需要工作在一定的温度范围内，温度过高或过低都会影响使用性能，因此需要设计一个能自动调节温度的硅光芯片。
作为一种优选方案，温度传感器一端连接电源，温度传感器的另一端同时连接分压电阻的一端和加热器的一端，分压电阻的另一端接地，加热器的另一端接地。传统的硅光芯片，温度调节结构包括温度传感器、分压电阻、模数转换器、加热器和微控制器，温度降低后，温度传感器分压降低，分压电阻分压升高，该电压经过模数转换器后，经微控制器程序运算，判定是提高加热功率还是降低加热功率，然后驱动电流对加热器加热；反之，温度升高后，温度传感器分压升高，分压电阻分压降低，该电压经过模数转换器后，经微控制器程序运算，判定是提高加热功率还是降低加热功率，然后驱动电流对加热器加热。而本方案中, 温度降低后，温度传感器分压降低，分压电阻分压升高，导致加热器电流增大，提高加热功率；反之，温度升高后，温度传感器分压升高，分压电阻分压降低，导致加热器电流减小，降低加热功率。相比起现有技术，硅光芯片温度自动调节，避免了外部MCU的数字通信，节省了元器件成本，简化了控制流程。
作为一种优选方案，在加热器和温度传感器之间设有热膨胀材料，热膨胀材料用于调整加热器和温度传感器之间的距离。由于硅光芯片体积较小，而加热器加热时会产生热量，影响温度传感器对温度的正常判断，因此，在加热器加热过程中，温度升高，热膨胀材料膨胀，使加热器和温度传感器距离变远，温度传感器相比未加入热膨胀材料时感知的温度降低，使加热器加热的功率变大，加热的时间变长，使整体的温度变化更为平稳，当温度降低时同理。相比起未加入热膨胀材料时，温度传感器感知的温度变化较为明显，导致加热的功率不稳定，加入热膨胀材料时，加热的功率较为稳定，使硅光芯片更有工作效率。
作为一种优选方案，热膨胀材料的表面外包裹有绝缘材料。
作为一种优选方案，热膨胀材料是热塑性化学品。
一种温度自动调节的硅光芯片的调节方法，基于一种温度自动调节的硅光芯片，包括以下步骤：
步骤1，硅光芯片开始工作，温度传感器感知硅光芯片的温度；
步骤2，温度传感器感知硅光芯片的温度增加，则温度传感器分压升高，分压电阻分压降低，导致加热器电流减少，降低加热功率；温度传感器感知硅光芯片的温度降低，则温度传感器分压降低，分压电阻分压升高，导致加热器电流增加，提高加热功率。
作为一种优选方案，在温度传感器感知的温度超过设定的第一阈值或低于设定的第二阈值时，计时器开始计时，当计时器计时超过设定的时间后，温度传感器感知的温度仍然超过设定的第一阈值或低于设定的第二阈值时，则说明加热器失效，硅光芯片停止工作。此设计保护了硅光芯片的安全。
本发明的有益效果是，硅光芯片温度自动调节，避免了外部MCU的数字通信，节省了元器件成本，简化了控制流程。同时本发明的硅光芯片加热器加热效率较高，温度变化较为平稳。
附图说明
图1是本发明的一种电路连接图；
图2是现有技术的电路连接图；
图3是热膨胀材料设置的结构示意图。
其中：1、温度传感器，2、分压电阻，3、加热器，4、模数转化器，5、微控制器，6、热膨胀材料，7、绝缘材料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例1：一种温度自动调节的硅光芯片，如图1所示，硅光芯片内部集成有加热器3和温度传感器1，温度传感器用于感知硅光芯片的温度，温度传感器感知的温度越高则通过加热器的电流越小。温度传感器一端连接电源，温度传感器的另一端同时连接分压电阻2的一端和加热器的一端，分压电阻的另一端接地，加热器的另一端接地。
一种温度自动调节的硅光芯片的调节方法，包括以下步骤：
步骤1，硅光芯片开始工作，温度传感器感知硅光芯片的温度；
步骤2，温度传感器感知硅光芯片的温度增加，则温度传感器分压升高，分压电阻分压降低，导致加热器电流减少，降低加热功率；温度传感器感知硅光芯片的温度降低，则温度传感器分压降低，分压电阻分压升高，导致加热器电流增加，提高加热功率。在温度传感器感知的温度超过设定的第一阈值或低于设定的第二阈值时，计时器开始计时，当计时器计时超过设定的时间后，温度传感器感知的温度仍然超过设定的第一阈值或低于设定的第二阈值时，则说明加热器失效，硅光芯片停止工作。
传统的硅光芯片如图2所示，温度调节结构包括温度传感器、分压电阻、模数转换器、加热器和微控制器，温度降低后，温度传感器分压降低，分压电阻分压升高，该电压经过模数转换器4后，经微控制器5程序运算，判定是提高加热功率还是降低加热功率，然后驱动电流对加热器加热；反之，温度升高后，温度传感器分压升高，分压电阻分压降低，该电压经过模数转换器后，经微控制器程序运算，判定是提高加热功率还是降低加热功率，然后驱动电流对加热器加热。而本方案中, 温度降低后，温度传感器分压降低，分压电阻分压升高，导致加热器电流增大，提高加热功率；反之，温度升高后，温度传感器分压升高，分压电阻分压降低，导致加热器电流减小，降低加热功率。相比起现有技术，硅光芯片温度自动调节，避免了外部MCU的数字通信，节省了元器件成本，简化了控制流程。
实施例2：一种温度自动调节的硅光芯片，其原理和实施方法和实施例1基本相同，不同之处如图3所示，在加热器和温度传感器之间设有热膨胀材料6，热膨胀材料用于调整加热器和温度传感器之间的距离。热膨胀材料的表面外包裹有绝缘材料7。热膨胀材料是热塑性化学品。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (7)
1.一种温度自动调节的硅光芯片，其特征是，硅光芯片内部集成有加热器和温度传感器，温度传感器用于感知硅光芯片的温度，温度传感器感知的温度越高则通过加热器的电流越小。
2.根据权利要求1所述的一种温度自动调节的硅光芯片，其特征是，温度传感器一端连接电源，温度传感器的另一端同时连接分压电阻的一端和加热器的一端，分压电阻的另一端接地，加热器的另一端接地。
3.根据权利要求1或2所述的一种温度自动调节的硅光芯片，其特征是，在加热器和温度传感器之间设有热膨胀材料，热膨胀材料用于调整加热器和温度传感器之间的距离。
4.根据权利要求3所述的一种温度自动调节的硅光芯片，其特征是，所述的热膨胀材料的表面外包裹有绝缘材料。
5.根据权利要求4所述的一种温度自动调节的硅光芯片，其特征是，所述的热膨胀材料是热塑性化学品。
6.一种温度自动调节的硅光芯片的调节方法，基于权利要求2所述的一种温度自动调节的硅光芯片，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，硅光芯片开始工作，温度传感器感知硅光芯片的温度；
步骤2，温度传感器感知硅光芯片的温度增加，则温度传感器分压升高，分压电阻分压降低，导致加热器电流减少，降低加热功率；温度传感器感知硅光芯片的温度降低，则温度传感器分压降低，分压电阻分压升高，导致加热器电流增加，提高加热功率。
7.根据权利要求6所述第一种温度自动调节的硅光芯片的调节方法，其特征是，在温度传感器感知的温度超过设定的第一阈值或低于设定的第二阈值时，计时器开始计时，当计时器计时超过设定的时间后，温度传感器感知的温度仍然超过设定的第一阈值或低于设定的第二阈值时，则说明加热器失效，硅光芯片停止工作。
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