[发明专利]芯片内部温度控制方法和装置以及基于本方法的实验仪

权利要求书

1.一种芯片内部温度控制方法，其特征是在同一半导体芯片上集成了电加热系统、测温传感器以及含有被测PN结的晶体三极管；

测温传感器与被测PN结位于同一半导体晶片；由处理器对芯片实现加热和温度控制；

同一半导体芯片由至少三个相同三极管组成，并且这几个三极管物理特性极其相近；

对于温度传感器：选取半导体芯片中任意一个三级管来进行芯片内部PN结温度的测量；由于三极管在工作时电流产生热量，并且其PN结温度的升高与PN结两端的电压有为比例关系，当三极管基极电流Ib一定以及集电极电压Uc一定时，该PN结的结电压Ube和结温度T成线性关系，即温度每升高1℃，PN结两端的电压降低Ux，由此通过其中一个三极管的PN结电压变化可以测出芯片内部的用于测量PN结的实时温度；

对于电加热系统：加热模块是利用半导体芯片中的任一个三极管的PN结随着其上电流的升高，其产生的热量也不断增加的原理，通过控制PN结上的电流，进而控制PN结产生热量的多少，从而将该PN结作为芯片内部的被测PN结加热模块。

2.根据权利要求1所述的芯片内部温度控制方法，其特征是若要测得被测PN结的真实的温度，还需在芯片工作之前进行校准：温度校准模块是用外部的环境温度传感器采集环境温度；由于在实验仪未启动之前，半导体芯片内部和环境处于同一个热平衡环境，在热平衡状态下，芯片内部的温度等于环境温度；此时由环境温度传感器采集到的温度即为芯片内部初始温度T0；此时作为温度传感器的PN结测得的电压为Ube0，当该PN结温度变化1℃时，PN结两端的电压变化Ux ，该电压Ux通过放大电路放大，并经模数转换器得到能够辨别的信号；

已知PN结电压随温度变化系数为Ut，初始的参考电压为Ube0，控温装置测得的电压为Ubet，芯片内部初始温度T0，由此可得出待测PN结的温度T：

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

据此，测得PN结的实时温度。

3.一种实现权利要求1所述方法的芯片内部温度控制装置，其特征是包括电源模块、处理器、驱动电路、半导体芯片、控温旋钮、显示单元、模数转换器和数模转换器；电源模块为本芯片内部温度控制装置提供带电源；

控温旋钮连接处理器的温控信号输入端；

所述半导体芯片上集成了至少三个相互独立的三极管；这些三极管中包括：含有用于被测PN结的测量用三极管、用于加热的片内加热三极管和用于测量芯片内部温度的片内感温三极管；

所述测量用三极管的基极、发射极和集电极上分别连接有接线端子，接线端子分别标识为b、e和c；

所述处理器的加热电流信号输出端通过数模转换电路连接控制驱动电路，驱动电路的驱动电流输出端连接片内加热三极管基极和发射极，该基极和发射极之间的PN结作为加热模块，PN结上的电流可调；

所述片内感温三极管的基极电流Ib和集电极电压Uc恒定，片内感温三极管的基极b和发射极e之间的电压信号经放大和经模数转换器转换后传给处理器的片内温度信号输入端； 

所述显示单元连接处理器的显示信号输出端。