一种高精度可变恒温电压芯片组件的老化训练方法及电路与流程

本发明涉及可变恒温电压芯片老化训练领域，特别涉及一种高精度可变恒温电压芯片组件的老化训练方法及电路。

背景技术：

1、高精度可变恒温电压芯片是当前高精度数字多用表、高精度多功能校准器、固态电压传递标准等高精度仪器内部电压参考标准。这种芯片内部的基本构造都是基于齐纳二极管或者是复合齐纳二极管以及相应的温度控制调理电路。

2、为了达到更高的准确度，这种芯片通常是在受控的温度下运行的，这样可以减少由于芯片随温度变化而产生额外的误差，同时保护芯片不受异常温度下运行导致的永久或半永久的电压量值漂移。由于对这种芯片的稳定性要求非常高，通常要求其稳定性达到1×10-6/年～2×10-6/年。然而由于芯片在生产过程中以及芯片安装在电路板过程中存在各种机械应力以及因经历各种热过程而产生热应力。为了实现高稳定性，在芯片使用前，需要在实际的使用电路中通电老化几个月甚至一年以上，帮组芯片跨过其域外陈化区域。

3、对于使用者来说，这个通电老化所耗费的时间太长了。而且，不是每一片通电老化以后的芯片都能达到其制造厂所标称的稳定性，需要作筛选，这势必给芯片的应用带来延误。

4、现有的老化技术由芯片制造商linear公司提供，在linear公司的技术文档《application note 82 understanding and applying voltage references》中提及“when long-term stability is guaranteed,it is done by means of a 4-week burn-in,during which multiple output voltage measurements are made.even with thiselaborate,costly procedure,the guaranteed limit is about three to four timesthe typical drift.”，现有技术非常费时，也非常昂贵，即要进行长达4周的的通电老化退火，并且经4周后也只能保证达到规定漂移指标的(3～4)倍，老化效果并不好。

技术实现思路

1、本发明的目的是缩短芯片组件的域外陈化时间，实现芯片的加速老化。

2、因此，本发明提供了一种对高精度可变恒温电压芯片的老化训练方法。通过一个附加的控制电路控制芯片的温度，让芯片的内部经历特定的温度、并设定在每个温度下维持特定的时间，以此实现在较短的时间内消除或减弱芯片的内应力，从而达到芯片老化的目的。

3、本发明还涉及一个专门实现上述老化训练方法的电子电路。

4、本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

5、一种高精度可变恒温电压芯片组件的老化训练方法，该方法可使可变恒温电压芯片的输出电压在较短时间稳定在规定技术特性范围内，缩短可变恒温电压芯片域外陈化时间，实现的方式是通过一个特殊的温度控制组件对可变恒温电压芯片组件施加一个特定的电压，并经历特定的时间，从而控制芯片的温度来达到加速芯片的老化；控制组件包括一个电子电路，该电子电路实施老化训练期间控制可变恒温电压芯片的温度；

6、其特征在于，包括以下步骤：

7、s1、控制可变恒温电压芯片的温度由室温逐渐升高，经历多个台阶的后到达最高温度；

8、s2、控制可变恒温电压芯片的温度保持在最高温度一段时间，使得可变恒温电压芯片高温退火，让芯片内部温度在特定的高温下维持一定的时间，达到芯片老化的目的；

9、s3、根据步骤s1中经历的多个台阶，控制可变恒温电压芯片的温度通过在室温和高于室温的某个值之间来回变化，逐渐降低至室温，避免在降温过程产生新的热应力。

10、进一步地，步骤s1中，可变恒温电压芯片的温度由室温开始逐渐升高，经历n个台阶的后到达最高温度tmax，每个台阶间温度上升为t，可变恒温电压芯片的温度在每个台阶的持续时间为t。

11、进一步地，步骤s3中，根据步骤s1中经历的n个台阶，可变恒温电压芯片的温度降低过程包括n个阶段，具体如下：

12、第1个阶段中，可变恒温电压芯片的温度由最高温度tmax降至室温并维持一段时间，然后可变恒温电压芯片的温度由室温升高至第n-1个台阶的温度并维持一段时间；

13、第2个阶段中，可变恒温电压芯片的温度由第n-1个台阶的温度降至室温并维持一段时间，然后可变恒温电压芯片的温度由室温升高至第n-2个台阶的温度并维持一段时间；

14、以此类推，第n-1个阶段中，可变恒温电压芯片的温度由第2个台阶的温度降至室温并维持一段时间，然后可变恒温电压芯片的温度由室温升高至第1个台阶的温度并维持一段时间；

15、第n个阶段中，可变恒温电压芯片的温度由第1个台阶的温度降至室温。

16、进一步地，通过对施加可变恒温电压芯片设定的电压，控制可变恒温电压芯片的加热功率，进而控制可变恒温电压芯片温度以及可变恒温电压芯片在该温度的持续时间。

17、一种高精度可变恒温电压芯片组件的老化训练电路，包括一个微控制单元(mcu)、一个并行数字模拟转换器(dac)、一个电压参考标准和四个运算放大器单元；

18、并行数字模拟转换器(dac)的数据端口以及信号控制脚与微控制单元(mcu)的io端口相连；

19、并行数字模拟转换器(dac)输出的模拟电压量值由微控制单元(mcu)中的程序对并行数字模拟转换器(dac)的并行口写入，1并行数字模拟转换器(dac)与第一运算放大器b和第二运算放大器c一同组成一个二象限单极性输出的dac，实现0v～vref之间的电压输出；

20、其中第一运算放大器b和第二运算放大器c将16位并行数字模拟转换器(dac)的输出由电流变换为电压；

21、并行数字模拟转换器(dac)的输出经过第三运算放大器d和第四运算放大器e组成的复合射级跟随器以及限流电阻f后输出至可变恒温电压芯片的信号输入端，控制可变恒温电压芯片中温度传感晶体管基极的电压，进而控制可变恒温电压芯片的内部温度，实现可变恒温电压芯片组件的老化训练。

22、进一步地，采用16位并行数字模拟转换器(dac)，电压参考标准的电压输出引脚与16位并行数字模拟转换器(dac)的r1引脚相连，同时16位并行数字模拟转换器(dac)的r1引脚与一旁路电容连接至地；

23、第一运算放大器b的反向输入端与16位并行数字模拟转换器(dac)的rcom引脚相连，第一运算放大器b的同向输入端与地相连，第一运算放大器b的输出端与16位并行数字模拟转换器(dac)的ref引脚相连；

24、第二运算放大器c的反向输入端与16位并行数字模拟转换器(dac)的iout1引脚相连，第二运算放大器c的同向输入端与16位并行数字模拟转换器(dac)的agnd引脚以及dgnd引脚相连后接地，第二运算放大器c的输出端与16位并行数字模拟转换器(dac)的rofs引脚以及rfb引脚相连，第二运算放大器c的输出端与第二运算放大器c的反向输入端间跨接一滤波电容；

25、第二运算放大器c的输出端与第三运算放大器d的同向输入端相连，第三运算放大器d的输出端与第四运算放大器e的输入端相连，第四运算放大器e的输出端串接一个10k电阻后与第三运算放大器d的反向输入端相连，在第三运算放大器d的输出端与第三运算放大器d的反向输入端之间跨接滤波电容；第四运算放大器e的输出端串接一个限流电阻f外接至可变恒温电压芯片的信号输入端，控制可变恒温电压芯片中温度传感晶体管基极的电压，进而控制可变恒温电压芯片的内部温度，实现可变恒温电压芯片组件的老化训练。

26、进一步地，并行数字模拟转换器(dac)输出的量值由微控制单元(mcu)中的程序对并行数字模拟转换器(dac)的并行口写入，并行数字模拟转换器(dac)与第一运算放大器b和第二运算放大器c一同组成一个二象限单极性输出的dac，实现0v～vref之间的电压输出；

27、其中第一运算放大器b和第二运算放大器c将并行数字模拟转换器(dac)的输出由电流变换为电压；

28、并行数字模拟转换器(dac)的输出经过第三运算放大器d和第四运算放大器e组成的复合射级跟随器以及限流电阻f后输出至可变恒温电压芯片的信号输入端。

29、进一步地，通过微控制单元(mcu)中编写的程序，利用微控制单元(mcu)中的定时器，控制老化训练电路输出设定的时序电压波形，从而控制可变恒温电压芯片内部温度的升降，完成消除应力和加速老化的过程。

30、进一步地，所述设定的时序电压波形具体如下：

31、电压从设定范围的最高值逐渐经过多个台阶逐渐下降至最低值，每个台阶之间下降的电压值相等，并在电压下降到最低值处后维持设定的时间，最后按照下降的台阶顺序，电压值依次在最高值和每个台阶之间来回变化，直到低到高经过所有的台阶。

32、进一步地，vref由电压标准提供标准电压，该电压标准采用10v能隙型标准电压芯片。

33、进一步地，第四运算放大器e用于提高运算放大器的驱动能力，使用功率缓冲器lt1010，使其启动能力最高达150ma；限流电阻f用于将可变恒温电压芯片的信号输入端处的电压限制在vbe-90mv～vbe+120mv范围内。

34、相比于现有技术，本发明的优点在于：

35、(1)能有效缩短芯片组件的域外陈化时间，提高筛选合格稳定芯片组件的效率；

36、(2)老化效果明显优于现有方法，使芯片组件基本能达到规定漂移指标的(1～2)倍以内。