[发明专利]一种基于半导体制冷机理的降噪温控系统

说明书

技术领域

本发明属于电力电子温控应用技术领域，尤其涉及一种基于半导体制冷机理的降噪温控系统。

背景技术

半导体制冷也叫温差电制冷或热电制冷，它是在帕尔贴效应基础上建立起来的一种人工制冷技术。与常规的机械制冷相比，它具有诸多优点，例如无制冷剂，环保性好；无运动部件，振动和噪声低；在小功率制冷时，制冷系数较高；冷热转换方便；制冷速度快，反映敏捷，可快速实现大温差；调节性能好；易于微型化等。因此，半导体制冷开辟了制冷技术的新领域，扩大了制冷技术的应用范围，在一些特殊的场合，有着其它制冷方式无法替代的作用。

对于一些特殊芯片或者系统，其工作环境有着特殊低温要求，例如CMCCD在工作过程需要处理片上噪声和片外噪声，其中片上噪声是指产生在CCD芯片上的噪声，包括暗电流、光子散粒噪声、时钟感生电荷、固定图形噪声、胖零噪声、转移噪声、复位噪声和残像等。片外噪声则包括前置放大噪声、ADC量化噪声、时钟波动噪声、电磁干扰、以及串扰等。CCD片上噪声也可以分为随机噪声和固定图案噪声。固定图案噪声容易用数字图像处理的方法去除。EMCCD在对信号增强的同时也放大了暗电流噪声，于是对于EMCCD来说控制CCD芯片的暗电流噪声水平对整个系统的探测灵敏度、信噪比及动态范围有至关重要的意义，而降低暗电流噪声最有效的手段是对芯片进行制冷。资料显示在室温附近，温度每降低10℃，由温度引起的CCD的暗电流噪声可以降低一个数量级，但是低温对探头的真空密封性及制冷设备提出要求，如果温度过低还会出现水汽凝结，从而严重损害芯片。

因此对于此类芯片和系统，设计合理的降噪温控系统至关重要，可以降低与温度有关的多项噪声，有效提高系统信噪比、扩展系统动态范围。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种基于半导体制冷机理的降噪温控系统，本发明基于帕尔贴效应的原理设计，可以为电路芯片创造所需的低温工作环境，降低与温度有关的多项噪声，有效提高系统信噪比、扩展系统动态范围。该设备结构简单、成本低廉，具有无制冷剂、环保性好、无运动部件、振动和噪声低等优点。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种基于半导体制冷机理的降噪温控系统，其特征在于，包括散热系统、制冷系统和温度控制系统；所述的散热系统采用热管散热片，所述的制冷系统包括电路芯片、半导体制冷器和温度传感器，所述的温度控制系统包括驱动电路、D/A转换、单片机以及温度显示；所述的热管散热片与半导体制冷器相连，所述的驱动电路接在半导体制冷器与D/A转换模块之间；所述的单片机同时与温度传感器、D/A转换和温度显示模块相连；

还包括由铝合金材料制成的密封腔，所述密封腔为倒凹型密封腔体，所述倒凹型腔体的顶端设置了由石英材料制成的光学玻璃窗，所述倒凹型腔体的底部设置有正方形散热底座；所述密封腔内部设置有EMCCD芯片、电路板、半导体制冷器、温度传感器和两组双排插针：

所述EMCCD芯片安装在所述电路板上，所述EMCDD芯片位于密封腔内部靠近光学玻璃窗口的位置且与所述光学玻璃窗保持水平；所述电路板在EMCCD芯片的背面采用镂空结构；所述半导体制冷器的冷端使用导热硅胶通过所述镂空结构直接连接所述EMCCD芯片的背面，所述半导体制冷器的热端直接连接所述正方形散热底座；所述温度传感器直接贴在EMCCD芯片的背面，所述EMCCD芯片的背面、电路板的镂空结构以及半导体制冷器冷端构成倒凹型的制冷腔；

所述两组双排插针设置在正方形散热底座的四周且贯穿所述密封腔，所述插针与密封腔之间使用环氧树脂进行密封，所述EMCCD芯片、半导体制冷器和温度传感器的电源线、信号线、控制线通过所述插针引出腔体；

进一步的，所述的温度控制系统包括键盘、LCD显示、串口输出、驱动电路、温控电路；所述的单片机使用的是飞思卡儿XD512型微处理器，所述的单片机通过驱动电路和温控电路与半导体制冷芯片相连；