[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于計(jì)量電表中的溫度傳感器及其溫度修調(diào)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410042719.1
• 申請日: 2014-01-29
• 公開（公告）號: CN104807551B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文
• 申請（專利權(quán)）人: 北京曉程科技股份有限公司
• 主分類號: G01K1/20
• 分類號: G01K1/20;G01K7/01
• 代理公司: 北京華旭智信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11583
• 代理人: 馮云

本發(fā)明提供一種應(yīng)用于計(jì)量電表的溫度傳感器，包括模擬電路部分，數(shù)字電路部分和用戶ARM部分，模擬電路部分包括與絕對溫度成正比電流偏置的正溫度系數(shù)電流發(fā)生器，偏置電流鏡陣列，低溫漂系數(shù)基準(zhǔn)電流源，感溫晶體管以及模數(shù)轉(zhuǎn)換積分器，數(shù)字電路部分包括開關(guān)控制邏輯，數(shù)字碼輸出，數(shù)字計(jì)數(shù)器以及移位寄存器，模數(shù)轉(zhuǎn)換積分器具有電容值相等的采樣電容和積分電容，感溫晶體管的偏置電流以5∶1的比例被6個(gè)單位電流鏡輪換偏置；一種對溫度傳感器進(jìn)行溫度修調(diào)方法，偏置電流鏡設(shè)為6路，其中5路電流作為粗調(diào)，另外1路電流作為精調(diào)，當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出偏差較大時(shí)，使用5路粗調(diào)電流，當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出在兩路單位電流之間時(shí)，使用精調(diào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溫度傳感器，特別是涉及一種用于計(jì)量電表中的溫度傳感器以及溫度修調(diào)(trimming)方法。

背景技術(shù)

目前一些需要嚴(yán)格控制溫度的重要場所越來越多，例如，娛樂場所，賓館，大型超市，糧庫，鍋爐，計(jì)算機(jī)房等，這些場所一般都需要設(shè)置以溫度傳感器為基礎(chǔ)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，從而起到保護(hù)特定資產(chǎn)或者確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的效果，此外在隧道，鐵路，地鐵，機(jī)場，船艙等交通運(yùn)輸領(lǐng)域和油罐，煤倉，貨艙，軍工廠以及彈藥庫等危險(xiǎn)品區(qū)域，溫度監(jiān)控通常是最基本的檢測元素，國內(nèi)外對此的專利技術(shù)較多。而應(yīng)用于計(jì)量電表等較小空間范圍和精密儀器上的溫度傳感器的技術(shù)發(fā)展并不成熟，這種溫度傳感器主要由感溫晶體管，基準(zhǔn)電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，控制電路等構(gòu)成，與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比，具有靈敏度高，體積小，功耗低，輸出特性好，可直接與數(shù)字系統(tǒng)連接等優(yōu)點(diǎn)。

溫度傳感器是計(jì)量電表中的一個(gè)重要模塊，它能夠?qū)崟r(shí)感應(yīng)電表內(nèi)部芯片周圍的環(huán)境溫度并給出溫度反饋值，該溫度值一方面可以反饋給用戶，另一方面可以用于監(jiān)測計(jì)量電表的工作狀態(tài)。

目前主要有兩種方式實(shí)現(xiàn)這種溫度傳感器的溫度檢測。

其中第一種溫度傳感器具有連接的雙極晶體管，兩個(gè)雙極晶體管的基極(B極)和發(fā)射極(E極)之間分別產(chǎn)生與溫度有關(guān)的BE結(jié)電壓，V_BE1和V_BE2，兩個(gè)BE結(jié)電壓V_BE1，V_BE2經(jīng)過增益系數(shù)為α的運(yùn)算放大器得到一個(gè)與溫度成線性關(guān)系的電壓V_PTAT，V_PTAT電壓與BE結(jié)電壓V_BE1經(jīng)過加法器相加后，得到一個(gè)不隨溫度變化的基準(zhǔn)電壓V_REF，將這與溫度成線性關(guān)系的電壓V_PTAT和不隨溫度變化的基準(zhǔn)電壓V_REF兩個(gè)電壓信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)中，實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)字提取。

在這種溫度傳感器中，ADc的輸入分別是V_PTAT和V_REF，其中：

V_PTAT=σ(V_BE2-V_BE1)

V_REF=V_BE1，+V_PTAT

第一種溫度傳感器的缺點(diǎn)在于，在模擬電路中實(shí)現(xiàn)增益系數(shù)α的精度十分有限，過大的比例對工藝精度要求極其嚴(yán)格，為提高精度有時(shí)會(huì)增加動(dòng)態(tài)匹配電路，使電路設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜，同時(shí)很可能會(huì)引入時(shí)序競爭問題，此外，還會(huì)增加后續(xù)修調(diào)(trimming)方案的復(fù)雜度。

第二種溫度傳感器，其參考電壓生成原理與第一種溫度傳感器相同，不同的是該溫度傳感器通過第三個(gè)三極晶體管生成第三個(gè)與溫度相關(guān)的BE結(jié)電壓V_BE3，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入分別是V_BE3和V_REF，實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)字讀取。V_BE3引起的曲率非線性的溫度變化導(dǎo)致比較大的溫度偏差，需要對其進(jìn)行溫度輸出誤差的校正，該補(bǔ)償算法可以通過軟件或者數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)。