一种测温电路及一种测温结构的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，具体为一种测温电路及一种测温结构。

背景技术：

在光纤激光器中激光二极管(LD，Laser Diode)作为核心部件，其输出光功率和光波长对激光器的性能有着至关重要的影响。LD是温度敏感器件，0.1℃的温度变化对光波长就有明显影响。LD作为功率器件通常要用半导体致冷器(TEC，Thermoelectric Cooler)作为制冷器件。如此LD、TEC和热沉构成类似于三明治的结构，而为了测试LD的温度，通常在LD和TEC之间要放入热敏电阻NTC之类的温度传感器件。由于NTC有一定的厚度，通常需要带槽的铝板或者铜板等金属板在LD和TEC两者之间，其中开槽用于放置热敏电阻。为了接合固定LD和TEC，金属板需要开孔。这种组装结构复杂，组装比较困难，造成可靠性也比较低。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种测温电路及一种测温结构，用于解决现有技术中利用热敏电阻测试激光二极管的温度带来的组装结构复杂和可靠性低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种测温电路，所述测温电路包括：测温电阻，由印制电路板上的蛇形走线铜箔构成，用于连接待测温元件；测量电路，与所述测温电阻相连，用于测量在所述待测温元件的温度变化时电阻发生变化的所述测温电阻上的电压；模数转换电路，与所述测量电路相连，用于将测量获取的模拟信号形式的电压转化为数字信号形式的电压；处理器，用于根据所述电压与温度的对应关系获取与所述测温电阻当前的电阻值对应的温度。

于本发明的一实施例中，所述测量电路包括：测量电桥，用于在所述测温电阻的电阻随所述待测温元件的温度发生变化时所述测温电阻上的电压；放大器，与所述测量电桥相连，用于对所述测量电桥输入的电压进行放大。

于本发明的一实施例中，所述测量电桥的第一桥臂由第一电阻和所述测温电阻构成，第二桥臂由第二电阻和第三电阻构成；所述放大器的正相输入端连接于所述第一电阻和所述测温电阻之间，所述放大器的反相输入端连接于所述第二电阻和所述第三电阻之间。

于本发明的一实施例中，所述第二电阻的阻值和所述第三电阻的阻值相等。

于本发明的一实施例中，所述测量电路还包括连接于第一参考电压和所述第一桥臂和所述第二桥臂的第一公共端之间、连接于所述第一桥臂和所述第二桥臂的第二公共端和对地之间用于对输入所述测量电路中的电压进行限流的第一限流电阻和第二限流电阻。

于本发明的一实施例中，所述第一限流电阻的阻值和所述第二限流电阻的阻值相等。

于本发明的一实施例中，所述放大器为高输入阻抗的仪表放大器。

于本发明的一实施例中，所述测量电路还包括与所述放大器的参考输入端相连用于稳定所述放大器的输出电压的偏置电路。

于本发明的一实施例中，所述偏置电路包括：一端与所述放大器的参考输入端相连，另一端接地的第五电阻和一端与所述放大器的参考输入端相连，另一端连接第二参考电压的第六电阻。

为实现上述目的，本发明还提供一种测温结构，所述测温结构包括：印制电路板，设置于所述印制电路板上由蛇形走线铜箔构成的测温电阻，与所述测温电阻连接的激光二极管以及连接于所述印制电路板背面的半导体致冷器。

如上所述，本发明的一种测温电路及一种测温结构，具有以下有益效果：

1、本发明通过由印制电路板上的蛇形走线铜箔构成测温电阻，利用PCB走线代替热敏电阻等温度传感器，实现激光二极管等器件的温度测量，可以使激光二极管和半导体致冷器之间只有印制电路板，不存在其他传感器等结构件，组装结构简单。

2、本发明结构简单，控制灵活可靠，经济实用，具有广泛的适用性。

附图说明

图1显示为本发明中一种测温电路的原理示意图。

图2显示为本发明的一种测温电路中测量电路的结构示意图。

图3显示为本发明的一种测温结构的原理示意图。

元件标号说明

100 测温电路

101 测温电阻

102 测量电路

103 模数转换电路

104 处理器

200 测温结构

201 印制电路板

202 走线铜箔

203 激光二极管

204 半导体致冷器

205 连接导体

206 散热器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

本实施例的目的在于提供一种测温电路及一种测温结构，用于解决现有技术中利用热敏电阻测试激光二极管的温度带来的组装结构复杂和可靠性低的问题。以下将详细阐述本实施例的一种测温电路及一种测温结构的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的一种测温电路及一种测温结构。

本实施例一种测温电路，具体地，如图1所示，所述测温电路100包括：测温电阻101，测量电路102，模数转换电路103以及处理器104。

以下对本实施例中的测温电路100进行详细说明。

于本实施例中，如图1所示，所述测温电阻101由印制电路板(PCB)上的蛇形走线铜箔构成，用于连接待测温元件。即于本实施例中，所述测温电阻101由盘绕在待测温元件下方的蛇形PCB走线构成，该段蛇形走线提供了测量温度所需要的电阻。其中，所述待测温元件例如为激光二极管。当激光二极管的温度发生变化时，该段线路的电阻将随之变化，其变化量由铜箔中铜元素的电阻率的温度系数、温度变化量以及走线电阻共同决定。用PCB走线铜箔替代温度传感器实现无附加结构的温度测试，即待测温元件激光二极管可以直接固定在金属基PCB板上，半导体致冷器(TEC)和激光二极管(LD)之间只有PCB板，不再需要其他结构件，且在蛇形走线铜箔的上方即可实现对激光二极管的温度测试。

由此可见，本实施例中，直接利用PCB铜箔作为测温电阻101，不需要使用热敏电阻 NTC或其他类型的温度传感器，没有连接器件，如此增加了系统可靠性。同时，PCB铜箔不占用体积，不需要使用其他测温方式要用的测温结构，也简化了系统机械结构设计的复杂度。

于本实施例中，所述测量电路102与所述测温电阻101相连，用于测量在所述待测温元件的温度变化时电阻发生变化的所述测温电阻101上的电压。所述测量电路102即是用于实现铜箔电阻微变化的电阻电压转换电路。

具体地，如图2所示，于本实施例中，所述测量电路102包括：测量电桥，用于在所述测温电阻101的电阻随所述待测温元件的温度发生变化时所述测温电阻101上的电压；放大器，与所述测量电桥相连，用于对所述测量电桥输入的电压进行放大。

于本实施例中，所述测量电桥的第一桥臂由第一电阻R1和所述测温电阻101构成，第二桥臂由第二电阻R2和第三电阻R3构成；所述放大器的正相输入端连接于所述第一电阻R1和所述测温电阻101之间，所述放大器的反相输入端连接于所述第二电阻R2和所述第三电阻R3之间。其中，所述第二电阻R2的阻值和所述第三电阻R3的阻值相等。可见，本实施例中所述测量电桥采用类惠更斯电桥电路，可以在功耗约束条件下实现小信号输入的精确测量。其中，所述放大器优选为高输入阻抗的仪表放大器或仪表放大器电路。

所以本实施例中的所述测量电路102为由测量电桥和高输入阻抗的仪表放大器INA构成的微电阻变化测试的AFE(Analog Front End)前端模拟电路。蛇形走线铜箔的两端分别连接到测量电桥的两端。

于本实施例中，所述测量电路102还包括连接于第一参考电压Vcc和所述第一桥臂和所述第二桥臂的第一公共端之间、连接于所述第一桥臂和所述第二桥臂的第二公共端和对地之间用于对输入所述测量电路102中的电压进行限流的第一限流电阻Ru1和第二限流电阻Ru2。其中，所述第一限流电阻Ru1的阻值和所述第二限流电阻Ru2的阻值优选为相等。

所述第一限流电阻Ru1和所述第二限流电阻Ru2的主要作用是限制流过测量电桥的电流且将测量电桥的输出电平调整到仪表放大器INA的电源中间电平附近。因为测温电阻Rs的阻值比较小，如果直接将电桥两端连接到参考电源和地网络之间会导致大电流流过Rs，进而导致Rs本身的温升影响测试结果。这就是限流电阻Ru1和Ru2的所在作用。同时，因仪表放大器电路INA的输入信号在其电源轨的中间位置时，INA的线性度等指标最好。在电桥两端各加一个限流电阻Ru1和Ru2将电桥的输出电平调整到INA该输入区域。为方便实施，在本实施例中仪表放大器电路采用单电源电路，调整电路参数将电桥输出到Vcc/2附近。如果采用双电源仪表放大器电路，该输出就应当是地电平附近。

于本实施例中，所述测量电路102还包括与所述放大器的参考输入端Vref相连用于稳定 所述放大器的输出电压的偏置电路。

其中，如图2所示，所述偏置电路包括：一端与所述放大器的参考输入端Vref相连，另一端接地的第五电阻R5和一端与所述放大器的参考输入端Vref相连，另一端连接第二参考电压Vcc的第六电阻R6。

于本实施例中，所述模数转换电路103与所述测量电路102相连，用于将测量获取的模拟信号形式的电压转化为数字信号形式的电压；所述处理器104用于根据所述电压与温度的对应关系获取与所述测温电阻101当前的电阻值对应的温度。

以下对本实施例中测温电路100的测温原理进行详细说明。

由电路分压原理可知，当在某个温度下，测量电桥的输出由下面公式所决定：

V_in＝V_in+-V_in-

其中：V_in-＝V_cc/2；

设Ru1＝Ru2＝Ru,R2＝R3＝R0则：

R＝Rs(20℃),设R3＝R2＝R1＝Ru＝R,A＝α×(T-20)。

设R＝Rs(20℃),R1＝R3＝R2＝R,A＝α×(T-20)，则

测温电阻Rs(T)＝R×(1+A),

可得

本专利中测温电阻Rs是PCB走线铜箔的电阻。PCB走线电阻公式为Rs(T)＝ρ×L/Area，ρ为铜电阻率；Area为PCB走线的横截面面积，Area＝线宽*铜厚；L为走线长度。由上述公式可知欲使Rs相对于温度变化的变化量大，就应增加线长L，减少线宽和铜厚。采用蛇形走线就是达到在同样面积中使得走线的长度最长，电阻最大的方法。

以下对本实施例中待测温元件激光二极管的投影面积进行说明。

以一款体积比较小的8W功率的激光二极管为例，其底部平面长为11.9mm，宽为8.5mm，在印制电路板PCB上的投影面积为8.5x11.9mm2。在该区域内采用蛇形方式走线，则线长L＝投影面积/(线宽+线距)。PCB的制程工艺采用较高工艺可以获得大的阻值，也会导致PCB生产成本的增加，这里采用一般PCB的制程工艺水平，取线宽0.1mm，线距0.1mm，铜箔厚度 0.5oz。如此：Area＝线宽×铜厚＝1.75e-3mm²；L为走线长度，

在20℃下ρ＝0.0175Ω·mm2/m，则

这表明一般情况下，激光二极管投影下方的PCB走线都可以大于5Ω。在Vcc＝5.0V，温度变化1℃时，选择Ru为100Ω，此时可知：

经增益为1000的仪表放大器INA后，对应的输出电压V_out＝0.12V。激光二极管的工作温度范围一般在20～40℃，这样在温度变化范围在20℃时，V_{out_max}≈2.4V对于输入范围为3.0V的有效位为14bit，0.12V对应164最低有效位(LSB)，即0.006℃/LSB。

此外，如图3所示，本实施例还提供一种测温结构200，所述测温结构200包括：印制电路板201，设置于所述印制电路板201上由蛇形走线铜箔202构成的测温电阻，与所述测温电阻连接的激光二极管203以及连接于所述印制电路板201背面的半导体致冷器204。其中，所述激光二极管203可以通过连接导体205(例如焊料或胶体)连接于所述走线铜箔202上，所述半导体致冷器204还可以连接散热器206。

从图3中的测温结构200图中可以看出，激光二极管203可以直接固定在金属基PCB板上，半导体致冷器204(TEC)和激光二极管203(LD)之间只有PCB板，不再需要其他结构件，且在蛇形走线铜箔202的上方即可实现对激光二极管203的温度测试。

综上所述，本发明通过由印制电路板上的蛇形走线铜箔构成测温电阻，利用PCB走线代替热敏电阻等温度传感器，实现激光二极管等器件的温度测量，可以使激光二极管和半导体致冷器之间只有印制电路板，不存在其他传感器等结构件，组装结构简单；本发明结构简单，控制灵活可靠，经济实用，具有广泛的适用性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。