专利名称：生物芯片温度控制子板的制作方法
技术领域：
本实用新型的涉及一种生物芯片温度控制子板，是一种将生物芯片和温 度控制相隔离的电路板，使得生物芯片和温度控制部分相互独立、模块化， 并减小了生物芯片设备的整体体积，应用于生物芯片温度控制领域。
背景技术：
温度控制是生物芯片技术的一个重要组成部分。在生物芯片温度控制领域 中， 一般是采用生物芯片和温度控制电路集成的方法，或是将其他领域的温 度控制模块直接连接生物芯片。其不利处一是生物芯片和温度控制电路高度 关联，在实验阶段生物芯片的修正必然会引起温控电路的修改、调试，增加
了实验的复杂性；二是一般直接连接的温度控制模块体积较大，不符合生物
芯片小型化的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服了生物芯片和温度控制电路现有连接方法的 上述缺陷，提供了生物芯片温度控制子板。该子板将生物芯片和温度控制电 路相隔离，减少生物芯片实验阶段的复杂性，同时也减小了生物芯片装置的 整体体积。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。主要包括有接口单 元l、温度釆集单元2、加热及控制单元3，接口单元包括有用于与生物芯片 相连接的生物芯片接口 1和用于与温度控制电路相连接的控制接口 4;
温度采集单元2包括有仪表放大器和惠斯登电桥，温度采集单元2通过 生物芯片接口 1与生物芯片相连接，采集生物芯片内嵌传感器的温度信号并 放大、传输给温度控制电路；
加热及控制单元3主要包括有智能功率器件和一个加热电源，智能功率 器件的输入端通过控制接口 4与温度控制电路相连接，智能功率器件输出端 通过生物芯片接口与生物芯片内的加热回路相连接，来自温度控制电路的控制信号控制智能功率器件的接通与断开，进而控制生物芯片内嵌加热器件的 工作与否，即该单元根据控制接口传输来的控制信号来打开或闭合加热及控 制回路。加热电源为生物芯片内的加热回路提供电源。
所述的仪表放大器为芯片AD627, AD627和惠斯登电桥组成温度采集电 路，惠斯登电桥接生物芯片内嵌的温度传感器，惠斯登电桥输出端与AD627 的+IN端相连接，惠斯登电桥釆集的温度信号经AD627放大处理后由AD627 的Out端经由控制接口传给温度控制电路。
所述的智能功率器件为芯片BTS149，芯片BTS149输入端IN接从控制 接口获取的温度控制电路的加热控制信号，输出端经生物芯片接口与生物芯 片内嵌的加热器件相连，来自温度控制电路的加热信号控制BTS149的接通或 断开，进而控制生物芯片内嵌加热器件的工作与否。
该子板集成了温度采集和加热控制功能；它使得生物芯片和温度控制电 路相互独立，并通过两个接口分别连接生物芯片和温度控制电路，任何一方 的改变都不会影响到另一方的实现；整个子板构成简单，并通过对加热回路 的改进，大大减小了电路的体积及其复杂性。
图l生物芯片温度控制子板示意框图； 图2本实用新型生物芯片温度控制子板的电路原理图。
具体实施方式
结合图l、图2对本实用新型作进一步的说明
本实施例包括三部分接口单元、温度采集单元、加热及控制单元。其 中接口单元包括控制接口和生物芯片接口 ；温度釆集单元包括仪表放大器和 惠斯登电桥；加热及控制单元主要是使用智能功率器件和一个加热电源组成 的加热控制回路。
本实施例中的生物芯片接口采用一个16端子的3.81端口，用于和生物芯 片相连，提供3路生物芯片内嵌的传感器接口， 3路生物芯片内嵌的加热元件接口，传输的是模拟量。其中l端子悬空；在生物芯片一侧2 4、 5 7、 8 9端子各自做为惠斯登电桥的一臂以三线法接生物芯片内置的温度传感器，在 子板一侧4、 7、 IO端子接地，3、 6、 9端子接各自对应的AD627的+IN端， 2、 5、 7端子通过千分之一精度的3.16K电阻和控制接口提供的3.3V电源相 连；11、 13、 15端子接加热电源；12、 14、 16端子一方面接生物芯片的加热 器件，另一方面接各自对应的BTS149芯片的D (Drain)端口。
本实施例中的控制接口采用共20针的双排针接口，包括温度采集单元传 感器信号输出接口，提供给加热及控制单元的加热控制接口和一路输入范围 为3V 18V的为子板供电的电源接口。其中1、 2、 4脚在子板侧和AD627 的输出端Out相连；11、 13、 14脚在子板侧和BTS149的输入端IN相连；20 脚接为AD627和惠斯登电桥供电的3.3V电源，19接该电源的地端；其余脚 悬空。在控制电路侧，需按照以上的管脚功能关系和子板相连。
本实施例中的温度采集单元采用的是美国ADI公司的的仪表放大器 AD627，它使用控制接口引入的3V 18V电源供电，与三线连法的惠斯登电 桥组成生物芯片的温度采集单元，通过3.S1端口和生物芯片的内置传感器连 接。它将3路0 40mv的传感器信号放大50 60倍，然后通过控制接口输出 3路放大过的信号给温度控制电路进行处理。其+RG、 -RG脚间接增益控制电 阻，该电阻使用精度为万分之五的2.05K电阻；-IN脚接收接经3.16K和100 欧电阻分压过的100欧电阻电压，与+IN脚输入一起组成AD627的输入信号； AD627的供电方式为单电源供电，+Vs脚接3.3V, -Vs脚接3.3V电源的地， +Vs禾卩-Vs接电容O.luF和10uF的电容；Ref脚做为输出电压参考端接3.3V 电源地。
三路惠斯登电桥中每路都由3.3V电源、两个千分之一精度的3.16K电阻和 一个万分之五精度的100欧电阻组成。其中3.3V接3.16K电阻的一端；3.16K电 阻的另一端， 一个串联100电阻并接AD627的-IN端， 一个生物芯片接口的3(或 6或9)端。本实施例中的加热及控制单元使用的是智能功率放器件BTS149芯片，从 而使温度控制电路可以使用数字电压信号来控制生物芯片加热器件的工作与 否。该单元的输入端经接控制接口得到3路数字量控制信号，输出通过3.81 端口接生物芯片的3路加热器件，同时生物芯片的加热回路也通过3.81端口 引入加热电源。该加热电源的电压可在12V 60V，电流可在0 19A内调整。 其中输入端IN接控制接口的11 (或13或14)脚，并通过10K电阻和加热电 源(12V/5A)地相连；D端接生物芯片接口的12 (或14或16)脚；S (Source) 端接加热电源地。
本实施例中采用双电源供电。其中AD627、惠斯登电桥的工作电源由控 制接口引入，为了保证子板正常工作，其电压范围要求在3V 18V之间。加 热及控制单元的加热电源的具体参数由生物芯片内嵌的加热器件决定，但该 参数需介于如下范围电压12V 60V，电流0 19A。
加热电源接口外接12V/5A的电源，连接生物芯片接口的ll、 13、 15脚， 为生物芯片的加热器件供电。三路供电回路的通、断分别由三个BTS149芯片 控制。
该子板工作时，首先依照上述接口连接好生物芯片和控制电路。3.3V电 源上电，启动温度检测单元，此时温度信号输入AD627的+IN端，AD627放大 该信号后，AD627的Out脚将放大过的电压信号输出到控制接口，控制接口再 将该信号输送给控制电路处理，其处理结果通过控制接口输入BTS149的IN脚。 此时BTS149的IN脚若为高电平(>1.7V)， BTS149的D、 S端内部成接通状态， 生物芯片加热控制回路闭合；若干IN脚为低电平(<1.7V)， D、 S间成高阻状 态，相当于生物芯片加热控制回路断开。然后12V/5A电源上电，为生物芯片 的三路加热回路提供12V/5A的加热电源。本实用新型做为生物芯片和生物芯 片温度控制电路的中间层存在，体积小、实用性强。
权利要求1、生物芯片温度控制子板，其特征在于主要包括有接口单元、温度采集单元(2)、加热及控制单元(3)，接口单元包括有用于与生物芯片相连接的生物芯片接口(1)和用于与温度控制电路相连接的控制接口(4)；温度采集单元(2)包括有仪表放大器和惠斯登电桥，温度采集单元(2)通过生物芯片接口与生物芯片相连接，采集生物芯片内嵌传感器的温度信号经仪表放大器放大后通过控制接口(4)传输给温度控制电路；加热及控制单元(3)主要包括有智能功率器件和一个加热电源，智能功率器件的输入端通过控制接口(4)与温度控制电路相连接，智能功率器件输出端通过生物芯片接口(1)与生物芯片内的加热回路相连接，来自温度控制电路的控制信号控制智能功率器件的接通与断开；加热电源为生物芯片内的加热回路提供电源。
2、 根据权利要求1所述的生物芯片温度控制子板，其特征在于所述的仪表 放大器为芯片AD627， AD627和惠斯登电桥组成温度采集电路，惠斯登电桥 接生物芯片内嵌的温度传感器，惠斯登电桥输出端与AD627的+IN端相连接， 惠斯登电桥采集的温度信号经AD627放大处理后由AD627的Out端经由控制接口传给温度控制电路。
3、 根据权利要求1所述的生物芯片温度控制子板，其特征在于所述的智能 功率器件为芯片BTS149，芯片BTS149输入端IN接从控制接口获取的温度 控制电路的加热控制信号，输出端经生物芯片接口与生物芯片内嵌的加热器 件相连，来自温度控制电路的加热信号控制BTS149的接通或断开。
专利摘要本实用新型为一种生物芯片温度控制子板，将生物芯片和温度控制电路相隔离。主要包括三部分接口单元、温度采集单元(2)和加热及控制单元(3)。其中接口单元包括控制接口4和生物芯片接口(1)；温度采集单元(2)包括仪表放大器和高精度惠斯登电桥；加热及控制单元(2)主要是使用智能功率器件和一个加热电源组成的加热回路。该子板集成了温度采集和加热控制功能；它使得生物芯片和温度控制电路相互独立，并通过两个接口分别连接生物芯片和温度控制电路，任何一方的改变都不会影响到另一方的实现；整个子板构成简单，并通过对加热回路的改进，大大减小了电路的体积及其复杂性。
文档编号G05D23/20GK201060424SQ20072016992
公开日2008年5月14日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者刘世炳, 姚李英, 峥 孔, 涛 陈 申请人:北京工业大学