一种基于sigma-delta的芯片温度控制系统技术方案

本发明专利技术属于集成电路技术设计领域，公开了一种基于sigma‑delta的芯片温度控制系统，包括两个极性相反的电流发生器，分别产生和两个极性相反的电流。选择器对电流发生器产生的电流进行选择后流入积分器，量化器由动态比较器构成，比较参考电压Vref和积分器电压，量化器的输出即为选择器选择信号的输入，构成一个负反馈系统。同时量化器的输出控制片上加热模块，只需要控制电流发生器和加热器之间的线性关系，相当于负反馈系统也作用于加热器，可以实现对加热器温度的精准控制。本发明专利技术实现了更高的温度分辨率和更大的温控范围，电路结构简单，功耗较低，系统不需要片外SoC，集成度更高，更加的方便直接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路技术设计领域，涉及一种基于sigma-delta的芯片温度控制系统。

技术介绍

1、生物传感器的基本原理是利用生物分子之间的相互作用来特异性检测脱氧核糖核酸(dna)、蛋白质、毒素、激素等生物分子的存在和丰富度。

2、聚合酶链式反应简称为pcr，是以dna半保留复制机制为基础，发展出的体外酶合成、扩增特定核酸片的一种方法。标准的pcr反应需要经历3个过程：高温变性（95℃）、退火互补（55℃）、伸长聚合（72℃）。所以温控系统不仅需要能精确的产生三个特定的反应温度，还需要能在三个温度之间顺利切换，以满足反应条件。不仅是pcr热循环模块温度控制精确性和均一性，升降温速度也影响pcr实验结果的稳定性。热循环模块的升温和降温速度会使pcr产物凝水电泳带型改变。温度准确有效是pcr反应的灵魂。提高反应模块的温度控制精确性和内部温度均一性，确保pcr反应组分尽可能处于设定的有利温度而非偏离设定温度，可提升pcr扩增效率，减少错误和非特异性反应。

3、传统的集成热管理器多使用玻璃作为首选材料制作加热器，通过温度传感器进行数本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于sigma-delta的芯片温度控制系统，包括控制系统和加热模块，所述控制系统包括电流发生器一、电流发生器二、选择器、积分器和量化器，所述加热模块包括加热器，其特征在于，所述电流发生器一和电流发生器二产生极性相反的两路电流连接到选择器，所述选择器选择其中一路流入积分器中，所述积分器由大电容构成，大电容连接到一个由动态比较器组成的量化器的一端，所述量化器的另一端连接参考电压Vref，所述量化器输出反馈到选择器中，组成一个负反馈的sigma-delta调制器，保证积分器的电压始终在参考电压附近波动，同时量化器的输出控制加热器，所述量化器产生的比特流不仅保证sigma-delta调...

【技术特征摘要】

1.一种基于sigma-delta的芯片温度控制系统，包括控制系统和加热模块，所述控制系统包括电流发生器一、电流发生器二、选择器、积分器和量化器，所述加热模块包括加热器，其特征在于，所述电流发生器一和电流发生器二产生极性相反的两路电流连接到选择器，所述选择器选择其中一路流入积分器中，所述积分器由大电容构成，大电容连接到一个由动态比较器组成的量化器的一端，所述量化器的另一端连接参考电压vref，所述量化器输出反馈到选择器中，组成一个负反馈的sigma-delta调制器，保证积分器的电压始终在参考电压附近波动，同时量化器的输出控制加热器，所述量化器产生的比特流不仅保证sigma-delta调制器的稳定，还控制加热器温度的稳定，通过改变参考电压vref调节所述加热器的温度，通过调节电流发生器一和电流发生器二的电流大小调节温度的精度。

2.根据权利要求1所述的基于sigma-delta的芯片温度控制系统，其特征在于，所述电流发生器一的+δq1和电流发生器二的-δq2由pmos充电电路和nmos放电两路组成，所述pmos充电电路和nmos放电两路包括两个idac，两个缓冲器buffer，一个加法器，一个减法器和电流充放电模块，所述idac分为p型idac和n型idac，idac的参考电流由片外可变电阻调控，可以调节片外电阻的大小调节vn和vp值，从而控制充放电电流大小，两个idac分别为一个 p-idac1，一个n-idac，p-idac1输出电流i1，串联片外电阻r1到地，产生vp值，n-idac输入电流i2，串联片外电阻r2到电源，产生vn值， p-idac1和n-idac输出分别连接一个缓冲器buffer，两个缓冲器buffer分别连接加法器和减法器，所述加法器和减法器连接到电流充放电模块，所述缓冲器buffer用做隔离作用，所述加法器和减法器分别用于消除nmos和pmos的阈值电压，所述电流充放电模块通过选择器选择充电或放电。

3.根据权利要求2所述的基于sigma-delta的芯片温度控制系统，其特征在于，所述电流充放电模块包括放电电路和充电电路，所述放电电路包括四个并联排列的nmos管n0-n3，并联数目分别为1:2:4:8，通过三个开关s1、s2、s3成比例控制放电电流的大小，也即耗散功率大小；把开关 s0加入到栅极电压上，开关s0导通时，栅极电压驱动nmos管产生放电电流in，开关s0关断时，栅极电压拉到地，关断放电电流，消除时钟馈通的影响，电荷共享也减小；所述充电电路包括开关管p1、充电管p0和开关管n4，所述开关管p1与充电管p0串联，在充电管p0栅极增加一个片外的大电容c1，减小时钟馈通对p0栅极电压的波动，同时在p0的源极增加一个到地的开关管n4，当充电电路关断时，充电管p0栅源电容积累的电荷通过开关管n4放电，消除电荷共享的影响。

4.根据权利要求3所述的基于sigma-delta的芯片温度控制系统，其特征在于，所述量化器采用动态比较器来实现，时钟由片内或片外电路接入，改变时钟的快慢来调节温度精度，时钟越快，精度越高，功耗越大，所述量化器输出的数字信号分别控制电流充放电模块加热器p-idac2，当积分器的积分电压大于参考电压，说明此时加热功率大于参考功率，量化器的输出控制充电电路关断，放电电路打开，同时控制加热器p-idac2关闭，达到降温的效果；反之当积分电压小于参考电压时，量化器的输出控制充电电路打开，放电电路关断，同时控制加热器p-idac2打开，达到升温的效果。

5.根据权利要求4所述的基于sigma-delta的芯片温度控制系统，其特征在于，所述积分器为大电容c2，通过大电容c2上的电荷量模拟加...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵博，张治欢，宣扬帆，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：