TW201308908A - 溫度控制系統與方法 - Google Patents

Abstract

一種溫度控制系統包含有一第一溫度偵測裝置、一第二溫度偵測裝置以及一加熱裝置。該第一溫度偵測裝置係用來偵測一溫度補償振盪元件之一第一環境溫度，以產生一第一溫度訊號。該第二溫度偵測裝置係用來偵測一第二環境溫度，以產生一第二溫度訊號。該加熱裝置耦接於該第一溫度偵測裝置與該第二溫度偵測裝置，用來根據該第一溫度訊號與該第二溫度訊號來進行加熱操作。

Description

溫度控制系統與方法

本發明係有關於一種應用溫度補償振盪元件的溫度控制機制，尤指一種根據溫度補償振盪元件的環境溫度與系統溫度來進行加熱的溫度控制系統與方法。

在無線收發機中，對晶體振盪器(crystal oscillator)的穩定度的要求越來越高，由於晶體振盪器所產生的頻率會隨溫度而微飄，因此，晶體振盪器往往需要校正電路，以補償晶體振盪器因溫度變化所產生的頻率誤差或偏移，舉例來說，溫度補償晶體振盪器(TCXO)可根據溫度的變化來對振盪訊號進行補償，以降低因溫度變化所產生的頻率誤差或偏移，然而，大多數的溫度補償晶體振盪器僅能提供+/-1~2PPM的穩定度，遠不及基地台對頻率穩定的需求(例如+/-0.1 PPM)。

因此，如何能簡單並有效地增加溫度補償晶體振盪器的穩定度，實是本設計領域的重要課題之一。

本發明的目的之一在於提出一種根據一溫度補償振盪元件的環境溫度與系統溫度來進行加熱的溫度控制系統與方法，以解決上述之問題。

依據本發明之第一層面，其揭示一種溫度控制系統，包含有一第一溫度偵測裝置、一第二溫度偵測裝置以及一加熱裝置。該第一溫度偵測裝置係用來偵測一溫度補償振盪元件之一第一環境溫度，以產生一第一溫度訊號。該第二溫度偵測裝置係用來偵測一第二環境溫度，以產生一第二溫度訊號。該加熱裝置耦接於該第一溫度偵測裝置與該第二溫度偵測裝置，用來根據該第一溫度訊號與該第二溫度訊號來進行加熱操作。

依據本發明之第二層面，其揭示一種溫度控制方法，包含有：偵測一溫度補償振盪元件之一第一環境溫度，以產生一第一溫度訊號；偵測一第二環境溫度，以產生一第二溫度訊號；以及根據該第一溫度訊號與該第二溫度訊號來進行加熱操作。

相較於習知技術，本發明之溫度控制系統與方法可利用一簡單的電路架構來實現溫度控制的機制，如此一來，不但可以減少振盪器的頻率誤差或偏移，還可降低溫控電路的硬體成本。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。

參考第1圖，第1圖為本發明溫度控制系統之一實施例的功能方塊示意圖。在第1圖中，溫度控制系統100包含有一第一溫度偵測裝置110、一第二溫度偵測裝置120以及一加熱裝置130，其中第一溫度偵測裝置110、加熱裝置130與一溫度補償振盪元件105均設置於一溫箱140內，以及第二溫度偵測裝置120則設置於溫箱140外。於本實施例中，溫度補償振盪元件105可以是一溫度補償晶體振盪器，然而，此僅作為範例說明，而非本發明的限制條件，換言之，任何適用於本發明溫度控制系統的溫度補償振盪元件均屬本發明的範疇。

第一溫度偵測裝置110可以是一溫度感測晶片，置於溫度補償振盪元件105的附近，以便用來偵測一系統溫度(溫箱內的溫度)，並相對應地產生一第一溫度訊號TEMP_1。第二溫度偵測裝置120則用來偵測一環境溫度(溫箱外的溫度)，以便產生一第二溫度訊號TEMP_2。加熱裝置130耦接於第一溫度偵測裝置110與第二溫度偵測裝置120，用以根據第一溫度訊號TEMP_1與第二溫度訊號TEMP_2來進行加熱的操作。

詳細來說，加熱裝置130是根據該系統溫度與一目標溫度(溫度補償振盪元件105理想的工作溫度)相比所得到的溫度差值來對溫箱140進行加熱，以調整溫箱140的內部溫度，該系統溫度與該目標溫度的溫度差距較大時，此時加熱裝置130會以較高的功率來加熱溫箱140，以便能以較快的速度來使溫箱140加熱至該目標溫度，進而減少溫箱140內的溫度與該目標溫度的差距對溫度補償振盪元件105的振盪頻率所造成的影響(如偏移等)。

另一方面，由於該環境溫度的高低會對影響溫箱140加熱的效能產生直接的影響，若環境溫度低則溫箱140的熱亦散熱快，因此當該環境溫度較低時，加熱裝置130需要採用較高的功率來加熱，反之，當該環境溫度與該目標溫度的溫度很接近時，此時溫箱140內外接近熱平衡的狀態，為了避免因為加熱過頭/冷卻困難而造成溫度高高低低地來回變動，加熱裝置130需要改用較低的功率來加熱溫箱140，以便能使該系統溫度穩定上升至溫度補償振盪元件105可於理想振盪頻率運作的溫度。

溫箱設置的方式在此僅作為範例說明，以便能具體地說明環境溫度與系統溫度的不同之處，然而，本發明實際上的設置並不以此為限。

參考第2圖，第2圖為本發明溫度控制系統之另一實施例的簡單電路示意圖。在第2圖中，溫度控制系統200可用來實現第1圖所示之溫度控制系統100，因此包含有一第一溫度偵測裝置210、一第二溫度偵測裝置220以及一加熱裝置230，其中加熱裝置230包含有一運算放大器(Op amplifier)240與一加熱元件250。

運算放大器240具有一第一輸入端N1、一第二輸入端N2以及一輸出端N_OUT，第一輸入端N1耦接於第一溫度偵測裝置210，以便用來接收第一溫度訊號TEMP_1，第二輸入端N2透過一電阻R1連接至一參考電位Vref，而參考電位Vref係用來指示該目標溫度，此外，第二溫度偵測裝置220包含有一熱敏電阻R2，耦接於運算放大器240的輸出端N_OUT與第二輸入端N2之間，如此一來，運算放大器240的輸出電壓(亦即控制訊號TEMP_CTRL的大小)將與會與熱敏電阻R2的阻抗值的大小成正比，因此，可以透過熱敏電阻R2對溫度產生的變化，主動地對系統溫度的變化進行補償。需注意的是，熱敏電阻R2可以熱敏電阻與一般電組串聯或並聯的組合來取代，而熟知本領域之技藝者根據上述說明所做出的變化均屬本發明之範疇。

本實施例中，加熱元件250包含有一電晶體260(例如雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor))與一加熱電阻R3，電晶體260包含有一控制端NC、一輸出端N_O以及一輸入端N_I，加熱電阻R3係串聯於電晶體260之輸出端N_O、電晶體260的輸入端N_I則耦接於一高電位(在本實施例中為+12V)，且電晶體260的控制端NC耦接於運算放大器240的輸出端N_OUT。當控制訊號TEMP_CTRL輸出至電晶體260的控制端NC時，電晶體260便會根據控制訊號TEMP_CTRL來控制流經加熱電阻R3的電流大小，。值得注意的是，上述加熱元件250的實作方式僅作為範例說明之用，其它可根據控制訊號TEMP_CTRL來動態地控制加熱速度的加熱機制亦可被採用。

溫度控制系統100/200的運作方式可進一步歸納為一控制流程。請參考第3圖，第3圖為本發明溫度控制方法之一實施例的流程圖，其包含以下的步驟：步驟S300：開始。

步驟S310：偵測一溫度補償振盪元件之一第一環境溫度，以產生一第一溫度訊號，且偵測一第二環境溫度，以產生一第二溫度訊號。

步驟S320：根據該第一溫度訊號與該第二溫度訊號來進行加熱操作，執行步驟S310。

本發明溫度控制方法係為溫度控制系統100/200的運作方式，第3圖所示之各步驟搭配第1圖與第2圖所示之各元件即可了解其相關運作，詳細說明及變化可參考前述。

上述各流程之步驟僅為本發明所舉可行的實施例，並非限制本發明的限制條件，且在不違背本發明之精神的情況下，該些方法可另包含其他的中間步驟或者可將幾個步驟合併成單一步驟，以做適當之變化。

綜上所述，本發明提供一種溫度控制系統與方法，利用偵測溫度補償振盪元件附近的系統溫度與整體的環境溫度來動態地調整加熱的速率(例如，溫箱之加熱速率係與溫度差值成正相關)，如此一來，對溫度補償振盪元件(例如溫度補償晶體振盪器)而言，不但可以提供穩定的電路，還可以在相同的性能下大幅地降低製造成本。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100、200．．．溫度控制系統

105．．．溫度補償振盪元件

110、210．．．第一溫度偵測裝置

120、220．．．第二溫度偵測裝置

130、230．．．加熱裝置

140．．．溫箱

240．．．運算放大器

250．．．加熱元件

260．．．電晶體

R1、R2、R3．．．電阻

第1圖為本發明溫度控制系統之一實施例的功能方塊示意圖。

第2圖為本發明溫度控制系統之另一實施例的簡單電路示意圖。

第3圖為本發明溫度控制方法之一實施例的流程圖。

100．．．溫度控制系統

105．．．溫度補償振盪元件

110．．．第一溫度偵測裝置

120．．．第二溫度偵測裝置

130．．．加熱裝置

140．．．溫箱

Claims (10)

1. 一種溫度控制系統，包含有：一第一溫度偵測裝置，用來偵測一溫度補償振盪元件之一第一環境溫度，以產生一第一溫度訊號；一第二溫度偵測裝置，用來偵測一第二環境溫度，以產生一第二溫度訊號；以及一加熱裝置，耦接於該第一溫度偵測裝置與該第二溫度偵測裝置，用來根據該第一溫度訊號與該第二溫度訊號來進行加熱操作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之溫度控制系統，其中該第一溫度偵測裝置、該加熱裝置與該溫度補償振盪元件均設置於一溫箱內，以及該第二溫度偵測裝置係設置於該溫箱外。
3. 如申請專利範圍第2項所述之溫度控制系統，其中該加熱裝置係根據該第一溫度訊號所指示之該第一環境溫度與一目標溫度之一溫度差值來加熱該溫箱。
4. 如申請專利範圍第2項所述之溫度控制系統，其中該加熱裝置係根據該第二溫度訊號所指示之該第二環境溫度與一目標溫度之一溫度差值來加熱該溫箱。
5. 如申請專利範圍第4項所述之溫度控制系統，其中該溫箱之加熱速率係與該溫度差值成正相關。
6. 一種溫度控制方法，包含有：偵測一溫度補償振盪元件之一第一環境溫度，以產生一第一溫度訊號；偵測一第二環境溫度，以產生一第二溫度訊號；以及根據該第一溫度訊號與該第二溫度訊號來進行加熱操作。
7. 如申請專利範圍第6項所述之溫度控制方法，其中該溫度補償振盪元件設置於一溫箱內，偵測該溫度補償振盪元件之該第一環境溫度的步驟包含有：於該溫箱內，偵測該溫度補償振盪元件之該第一環境溫度；以及偵測該第二環境溫度的步驟包含有：於該溫箱外，偵測該第二環境溫度。
8. 如申請專利範圍第7項所述之溫度控制方法，其中根據該第一溫度訊號與該第二溫度訊號來進行加熱操作的步驟包含有：根據該第一溫度訊號所指示之該第一環境溫度與一目標溫度之一溫度差值來加熱該溫箱。
9. 如申請專利範圍第7項所述之溫度控制方法，其中根據該第一溫度訊號與該第二溫度訊號來進行加熱操作的步驟包含有：根據該第二溫度訊號所指示之該第二環境溫度與一目標溫度之一溫度差值來加熱該溫箱。
10. 如申請專利範圍第8項所述之溫度控制方法，其中該溫箱之加熱速率係與該溫度差值成正相關。