Датчик температуры
Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в устройствах по определению заданного уровня темпера-туры, в том числе, непосредственно в кристалле полупроводниковой микросхемы. Одним из возможных применений может быть защита полупроводниковых прибо-ров от перегрева.
В качестве задатчика температуры предлагается использовать прямосмещен-ный р-n переход, в котором при изменении тепловых и электрических нагрузок возникает эффект генерации повышенного уровня шумового напряжения, зависи-мость которого от температуры соответствует кривой передвижению края макси-мума шумового напряжения, возникающего в прямосмещенном р-n переходе при определенном значении силы тока, протекающему по нему.
Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в устройствах по определению заданного уровня температуры, в том числе, непосредственно в кристалле полупроводниковой микросхемы. Одним из возможных применений может быть защита полупроводниковых приборов от перегрева,
Известен датчик температуры [1], содержащий полупроводниковый диод в качестве термочувствительного элемента, параллельно которому подключен конденсатор, причем конденсатор и диод одним выводом подключены к первой входной шине, а другим - к одному входу компаратора и через ключевой элемент - к второй входной шине. Третья входная шина подключена ко второму входу компаратора, четвертая входная шина - к управляющему входу ключевого элемента, а выход компаратора - к выходной шине. Компаратор меняет состояние своего выхода, когда конденсатор, разряжаясь за счет обратного тока диода, меняет соотношение напряжений на входах компаратора. Датчик преобразует температуру во временной интервал между фронтом импульса сигнала на четвертой входной шине, переключающего ключевой элемент в закрытое состояние, и фронтом выходного сигнала компаратора. Известное устройство и предлагаемое используют диод в качестве термочувствительного элемента.
Недостаток известного устройства состоит в том, что в известном устройстве используется конденсатор достаточно большой емкости, что затрудняет создание устройства, позволяющего контролировать достижения определенного уровня тока на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
Известен полупроводниковый датчик температуры [2], содержащий два источника постоянного напряжения, два термочувствительных диода, два полевых транзистора, два ограничительных резистора. Истоки полевых транзисторов соединены между собой. Параллельно стокам полевых транзисторов подключена цепочка из катушки индуктивности и конденсатора. Нагрев вызывает изменение полного сопротивления термодиодов, что приводит к изменению емкостной составляющей сопротивления на выводах сток - сток полевых транзисторов. В результате изменяется резонансная частота колебательного контура. Известное устройство и предлагаемое используют диод в качестве термочувствительного элемента.
Недостаток известного устройства состоит в том, что в известном устройстве используются катушки индуктивности, что затрудняет создание устройства, позволяющего контролировать достижения определенного уровня тока на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является датчик-реле температуры [3], который выбран в качестве прототипа. Известное устройство содержит чувствительный элемент - однопереходный транзистор, исполнительный переключающий элемент, задатчик температуры срабатывания, источник опорного напряжения, причем вторая база однопереходного транзистора соединена с выводом резистивного задатчика и с выводом источника опорного напряжения, эмиттер однопереходного транзистора соединен с ключевым элементом, в цепи которого находится исполнительный переключающий элемент. Известное устройство, как и предлагаемое, рассчитаны на срабатывания при достижении определенной, установленной заранее температуры.
Недостаток известного устройства состоит в том, что в известном устройстве используется резистивный задатчик, который является ключевым элементом. Исключить его невозможно, это затрудняет создание устройства, позволяющего контролировать достижения определенного уровня тока на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
В предлагаемом устройстве, используя внутреннее сопротивление р-n-перехода и подобрав напряжение в стабилизированном источники питания, можно исключить из схемы резистор, что позволяет выполнять устройство по контролю температуры на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы в одном технологическом цикле.
Задача полезной модели является создание устройства определения температуры, которое может быть изготовлено по полупроводниковой технологии в одной технологической цепочке на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
Эта задача решается с помощью того, что для определения температуры используется эффект генерации повышенного уровня шумового напряжения в прямой ветке р-n-перехода при изменении тепловых и электрических нагрузок [4] и фиксации появления высокого уровня шумового напряжения, при определенной электрической нагрузке, как управляющего сигнала о достижении определенного уровня температуры.
Предлагается в датчике температуры, включающем подключенные параллельно стабилизированный источник питания, исполнительный переключающий элемент и задатчик температуры, в качестве задатчика температуры использовать прямосмещенный р-n переход. В р-n переходе при изменении тепловых и электрических нагрузок возникает эффект генерации повышенного уровня шумового напряжения, зависимость которого от температуры соответствует кривой передвижению края максимума шумового напряжения, возникающего в р-n переходе при определенном значении силы тока, протекающему по нему. Причем между стабилизированным источником питания и р-n переходом предлагается подключить переменный резистор. Дополнительным отличием предлагаемого датчика температуры является то, что в качестве исполнительного переключающего элемента предлагается использовать компаратор.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 (а - вид сверху, б - вид сбоку) представлена диаграмма распределения максимумов шумового напряжения, возникающего в р-n переходе.
На фиг.2 представлена принципиальная электрическая схема датчика температуры, где 1 - стабилизированный источник питания, 2 - резистор, 3 - р-n переход, 4 - исполнительный переключающий элемент (компаратор), 5 - сигнал о достижении заданной температуры. Можно исключить из схемы резистор 2, это позволяет выполнять устройство по контролю температуры на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы в одном технологическом цикле.
Датчик температуры работает следующим образом.
К стабилизированному источнику питания 1, через резистор 2, подключен в прямосмещенном состоянии р-n-переход 3, в случае повышения температуры до уровня, определенного заранее стабилизированным источником питания 1 и резистором 2, когда происходит генерация повышенного уровня шумового напряжения и Uшум становится больше U0 (Uшум >U0), компаратор 4 выдает сигнал о достижении заданной температуры 5.
Достоинствами предлагаемого устройства являются:
- простое схемо-техническое решение,
- возможность выполнения данного устройства непосредственно в кристалле микросхемы, что дает возможность отключать микросхему при достижении критического значения температуры, а следовательно, повысить надежность и работоспособность аппаратуры.
Литература
1. Патент RU 2080570, МПК G01K 7/00, G01K 7/24, 27.05.1997.
2. Патент RU 2122713, МПК G01K 7/01, 27.11.1998.
3. Патент RU 18000, МПК G05D 23/24, 10.05.2001.
4. Воронцов В.Н., Холкин В.Ю. Шумовая термоэлектродинамическая диагностика полупроводниковых приборов // РАН. Дефектоскопия. 1995, 
3.
1. Датчик температуры, включающий подключенные параллельно стабилизированный источник питания, исполнительный переключающий элемент и задатчик температуры, отличающийся тем, что в качестве задатчика температуры использован прямосмещенный р-n-переход, в котором при изменении тепловых и электрических нагрузок возникает эффект генерации повышенного уровня шумового напряжения, зависимость которого от температуры соответствует кривой передвижению края максимума шумового напряжения, возникающего в прямосмещенном р-n-переходе при определенном значении силы тока, протекающему по нему.
2. Датчик температуры по п.1, отличающийся тем, что между стабилизированным источником питания и р-n-переходом подключен переменный резистор.
3. Датчик температуры по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве исполнительного переключающего элемента использован компаратор.
