CN212873293U - 一种自加热恒温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自加热恒温装置，该自加热恒温装置包括：温度检测模块、控制模块、驱动模块和加热模块，其中温度检测模块，用于实时检测目标芯片所处的环境温度并输出至控制模块；控制模块，用于将环境温度与预设工作温度进行比对并输出控制信号至驱动模块；驱动模块，用于根据控制信号输出驱动信号至加热模块；加热模块，用于根据驱动信号启动加热或停止加热。本实用新型提供的自加热恒温装置能够实现对目标芯片所处环境温度的实时控制，有效提高目标芯片的工作稳定性，具有广泛的应用前景。

Description

一种自加热恒温装置

技术领域

本实用新型涉及微电子技术领域，特别是涉及一种自加热恒温装置。

背景技术

芯片在工作过程中，其工作状态往往会受到自身和外界环境温度的影响，导致芯片内部电路工作点发生偏移而不能正常工作。例如，对于晶振芯片来说，环境温度过高或过低，都会导致其输出频率的变化。因此，适当的工作温度对于芯片的正常工作是至关重要的。

鉴于此，目前已经针对部分芯片开发了温度补偿功能，比如针对晶体振荡器开发的温度补偿晶体振荡器(TCXO)，简称温补晶振，它是通过附加的温度补偿电路来抵消由于周围温度变化引起的频率变化量，使晶体振荡器的输出频率维持在正常范围内，从而达到温度补偿的目的。但是这种方法并不能适配于所有芯片，而且价格较为昂贵，因此需要设计一款能够适用于多种芯片的自加热恒温装置。

实用新型内容

为了解决上述问题至少之一，本实用新型提供一种自加热恒温装置，包括：温度检测模块、控制模块、驱动模块和加热模块，其中：温度检测模块，用于实时检测目标芯片所处的环境温度并输出环境温度信号至控制模块；控制模块，用于将环境温度信号与预设工作温度进行比对，并输出控制信号至驱动模块；驱动模块，用于根据控制信号输出驱动信号至加热模块；加热模块，用于根据驱动信号启动加热或停止加热。

进一步地，温度检测模块包括温度传感器和模数转换器，其中：温度传感器，用于检测目标芯片所处的环境温度并输出模拟电信号；模数转换器，用于将模拟电信号转换为二进制数字温度信号并输出至控制模块。

进一步地，控制模块包括编码器和比较器，其中：编码器，用于将预设工作温度转换为二进制数字预设温度信号并输出至比较器；比较器，用于将二进制数字温度信号与二进制数字预设温度信号进行比对并输出控制信号。

进一步地，若二进制数字温度信号大于等于二进制数字预设温度信号，则控制模块输出的控制信号为高电平信号，否则输出的控制信号为低电平信号。

进一步地，前述驱动模块包括三极管和/或MOS管。

进一步地，加热模块包括放大单元和电阻，其中放大单元响应于驱动信号输出的放大电流并驱动电阻发热以提高目标芯片的环境温度。

进一步地，放大单元为三极管或MOS管。

进一步地，放大单元为PNP型三极管或PMOS管。

进一步地，前述自加热恒温装置还包括电源模块，用于为温度检测模块、控制模块、驱动模块和加热模块供电。

本实用新型的有益效果如下：

针对目前现有的问题，本实用新型提供一种自加热恒温装置，通过温度检测模块检测目标芯片所处的环境温度、控制模块根据环境温度以及预设工作温度输出控制信号至驱动模块、驱动模块根据控制信号输出驱动信号至加热模块，加热模块响应于驱动信号启动加热或停止加热，从而实现对目标芯片所处环境温度的实时控制，有效提高目标芯片的工作稳定性，具有广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本实用新型的一个实施例所述自加热恒温装置的结构框图；

图2示出本实用新型的另一个实施例所述自加热恒温装置的结构框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步地说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型的一个实施例提供了一种自加热恒温装置，包括：温度检测模块、控制模块、驱动模块和加热模块，其中温度检测模块，用于实时检测目标芯片所处的环境温度并输出环境温度信号至控制模块；控制模块，用于将环境温度信号与预设工作温度进行比对并输出控制信号至驱动模块；驱动模块，用于根据控制信号输出驱动信号至加热模块；加热模块，用于根据驱动信号启动加热或停止加热。

在本实施例中，通过温度检测模块检测目标芯片所处的环境温度，控制模块根据环境温度和预设的工作温度进行比对，并将比对结果以控制信号的形式输出至驱动模块，驱动模块根据控制信号输出的驱动信号控制加热模块启动加热或停止加热，从而实现对目标芯片所处环境温度的实时控制，有效提高目标芯片的运行环境和工作稳定性，具有广泛的应用前景。

如图2所示，在一个可选的实施例中，温度检测模块包括温度传感器和模数转换器，其中温度传感器，用于检测目标芯片所处的环境温度并输出模拟电信号；模数转换器，用于将模拟电信号转换为二进制数字温度信号并输出至控制模块。

在本实施例中，通过温度传感器感测目标芯片工作的环境温度并输出电信号。不难理解，环境温度实时变化，因此电信号为模拟电信号，此模拟电信号经模数转换器转换为数字信号，以方便后端控制模块将此数字信号与预设工作温度进行比对。当然，为进一步方便后端的控制模块进行比对，可将该模拟信号转换为二进制数字信号并输出至控制模块。

值得注意的是，温度传感器可以设置在目标芯片的上方或下方，也可以设置在目标芯片的一侧，本申请对此不作具体限定，本领域技术人员应当根据实际应用需求设置温度传感器的位置，以能够准确检测目标芯片的环境温度为设计准则，在此不再赘述。

如图2所示，在一个可选的实施例中，控制模块包括编码器和比较器，其中编码器，用于将预设工作温度转换为二进制数字预设温度信号并输出至比较器；比较器，用于将来自于模数转换器的二进制数字温度信号与来自于编码器的二进制数字预设温度信号进行比对并输出控制信号。

在本实施例中，编码器将预设工作温度值转换为二进制数字预设温度信号，并将该二进制数字预设温度信号输出至比较器；比较器为二进制数字比较器。其中，预设工作温度为目标芯片工作的理想环境温度，即目标芯片在此环境温度下能够正常工作。

比较器将来自于编码器的二进制数字预设温度信号和来自温度检测模块的二进制数字温度信号进行比对并输出控制信号。具体地，若来自于温度检测模块的二进制数字温度信号大于等于来自于编码器的二进制数字预设温度信号，则比较器所输出的控制信号为高电平信号，否则比较器输出的控制信号为低电平信号。即通过输出不同的控制信号控制驱动模块，当环境温度小于预设工作温度时，控制模块输出低电平信号至驱动模块，反之控制模块输出高电平信号至驱动模块。

在一个可选的实施例中，所述驱动模块包括三极管和/或MOS管。

在本实施例中，驱动模块用于根据控制信号输出驱动信号至加热模块，以控制加热模块启动加热或停止加热。本实施例中的驱动模块具体可以为包括至少一个三级管或者MOS管的组合电路，例如采用MOS管驱动的方式，或者采用三极管驱动的方式；也可以为包括至少一个三级管和至少一个MOS管的组合电路；本申请对此不作具体限定，本领域技术人员应当根据实际应用需求选择适当的驱动电路，在此不再赘述。

在一个具体的实施例中，驱动模块包括MOS管，其中，MOS管导通一般不需要电流，仅当栅源电压高于一定的值就可以输出驱动信号，例如NMOS和PMOS，尤其是NMOS具有导通电阻小且容易制造的特点，被广泛应用于驱动电路中；三极管具有良好的信号放大功能，以及较好的功率控制能力，同样被广泛应用于驱动电路中。

在一个可选的实施例中，加热模块包括放大单元和电阻，放大单元响应于驱动信号输出的放大电流并驱动电阻发热以提高目标芯片所处的环境温度。

本实施例中的放大单元，具体可以包括功率放大电路，功率放大电路响应于驱动信号输出，对电流进行放大并驱动电阻发热，以实现对目标芯片所处环境温度进行加热的目的。

在一个可选的实施例中，放大单元为三极管或MOS管。

在本实施例中，功率放大电路为三极管或三极管组合，对输入的开关信号进行放大以驱动发热电阻工作。例如功率放大电路为PNP型三极管，三极管的基极b连接驱动模块的输出，发射极e后接电阻作为输出端，集电极c接地。即当驱动信号为低电平信号时PNP管开启并产生大电流通过电阻实现加热的功能，反之，当驱动信号为高电平信号时PNP管截止以停止加热。

进一步地，放大单元为PNP型三极管或PMOS管。

值得说明的是，本申请对加热模块不作具体限定，加热模块还可以采用其它加热器件，比如为电热丝等，以实现加热功能为设计准则，本领域技术人员应当根据实际应用需求进行设置，在此不再赘述。

在一个可选的实施例中，自加热恒温装置还包括电源模块，用于为以上的温度检测模块、控制模块、驱动模块和加热模块供电。

在本实施例中，电源模块采用电流电压源，例如稳压电源，具有电路结构简单，反应速度块，输出波纹较小，噪声低，效率低，输出电流小等特点，广泛应用于精加工芯片。

在一个具体的示例中，如图2所示，当目标芯片工作时，自加热恒温装置的工作过程大致为：

第一步，温度检测模块的温度传感器检测目标芯片所处的环境温度并输出环境温度信号至模数转换器，模数转换器将该环境温度信号转换为二进制数字温度信号并输出至控制模块的比较器。

第二步，控制模块的编码器将预设工作温度转换为二进制数字预设温度信号并输出至比较器。

第三步，比较器将来自于模数转换器的二进制数字温度信号与来自于编码器的二进制数字预设温度信号进行比对，并判断是否需要加热。具体而言，当实际环境温度低于预设工作温度时，则比较器向驱动模块输出低电平信号作为控制信号。

第四步，驱动模块根据接收的控制信号向加热模块发送低电平作为驱动信号。

第五步，加热模块根据来自于驱动模块的驱动信号控制放大单元工作并驱动电阻加热，使目标芯片所处的环境温度上升。

在此过程中，温度检测模块实时感测环境温度并将环境温度信号传输至控制模块，若控制模块判断目标芯片实际工作的环境温度已经达到预设工作温度，则向驱动单元输出高电平信号，经驱动单元发送驱动信号至加热模块以关闭加热单元。

因此，本实施例提供的自加热恒温装置能够实时检测目标芯片所处的环境温度，判断环境温度是否达到预设工作温度，以实时控制启动加热或停止加热，从而确保目标芯片在适当温度下稳定运行。

在本实施例中，尤其可以将上述自加热恒温装置与目标芯片进行集成。此目标芯片尤其可以是对温度较为敏感的芯片，这样，自加热恒温装置实时检测目标芯片所处的环境温度，并根据环境温度启动加热或停止加热以使得该目标芯片始终运行在适当温度下，从而有效提高目标芯片的工作稳定性。

综上所述，本实用新型针对目前现有的问题，提供一种自加热恒温装置和自加热恒温芯片，通过温度检测模块检测目标芯片所处的环境温度，控制模块根据环境温度输出控制信号，驱动模块根据控制信号输出驱动信号，加热模块响应于驱动信号启动加热或停止加热，从而实现对目标芯片所处环境温度的实时控制，有效提高目标芯片的运行稳定性。该自加热恒温装置尤其可以应用于低温环境中，比如在寒冷的气候条件下，对目标芯片所处的环境温度进行控制，确保目标芯片能够在低温环境中正常工作。

并且，此自加热恒温装置可以适配于多种目标芯片，尤其可以适配于对环境温度敏感的芯片，因此具有广泛的应用前景。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种自加热恒温装置，其特征在于，包括：温度检测模块、控制模块、驱动模块和加热模块，其中：

所述温度检测模块，用于实时检测目标芯片所处的环境温度并输出环境温度信号至所述控制模块，所述温度检测模块包括温度传感器和模数转换器，其中：所述温度传感器，用于检测所述目标芯片所处的环境温度并输出模拟电信号；所述模数转换器，用于将所述模拟电信号转换为二进制数字温度信号并输出至所述控制模块；

所述控制模块，用于将所述环境温度信号与预设工作温度进行比对，并输出控制信号至所述驱动模块，所述控制模块包括编码器和比较器，其中：所述编码器，用于将所述预设工作温度转换为二进制数字预设温度信号并输出至所述比较器；所述比较器，用于将所述二进制数字温度信号与所述二进制数字预设温度信号进行比对并输出控制信号；

所述驱动模块，用于根据所述控制信号输出驱动信号至所述加热模块；

所述加热模块，用于根据所述驱动信号启动加热或停止加热。

2.根据权利要求1所述的自加热恒温装置，其特征在于，若所述二进制数字温度信号大于等于所述二进制数字预设温度信号，则所述控制模块输出的控制信号为高电平信号，否则输出的控制信号为低电平信号。

3.根据权利要求1所述的自加热恒温装置，其特征在于，所述驱动模块包括三极管和/或MOS管。

4.根据权利要求1所述的自加热恒温装置，其特征在于，所述加热模块包括放大单元和电阻，其中所述放大单元响应于所述驱动信号输出的放大电流并驱动所述电阻发热以提高所述目标芯片的环境温度。

5.根据权利要求4所述的自加热恒温装置，其特征在于，所述放大单元为三极管或MOS管。

6.根据权利要求5所述的自加热恒温装置，其特征在于，所述放大单元为PNP型三极管或PMOS管。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的自加热恒温装置，其特征在于，还包括电源模块，用于为所述温度检测模块、控制模块、驱动模块和加热模块供电。

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