[發明專利]一種高精度溫度傳感器誤差修正的方法及其修正電路

在審

• 申請號: 201811203754.1
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109186812A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 陳珍珍;夏天;張洪;楊清
• 申請（專利權）人: 聚辰半導體（上海）有限公司
• 主分類號: G01K15/00
• 分類號: G01K15/00
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 徐雯瓊;張妍

本發明公開一種高精度溫度傳感器誤差修正的方法及其修正電路，該方法包含：S1、確定誤差修正的所需位數修正方式；S2、先用不同粗調位方式對晶體管的電流進行粗調，再通過占空比調制器產生調制碼流并根據調制碼流高低對開關進行開合，對晶體管的電流進行細調，確定作為溫度信號的射極?基極電壓的修正范圍；S3、根據工藝誤差及確定的溫度信號修正范圍，確定開關開合的晶體管電流大小，滿足修正范圍的要求；S4、根據精度要求得到修正精度。本發明通過改變調制碼流的占空比來改變最終修正后的電壓大小，避免高精度時需要小電流的情況，有效地消除溫度傳感器溫度信號中的誤差，且達到很高的精度要求，能夠滿足高精度溫度傳感器修正的需求。

技術領域

本發明涉及集成電路設計領域，特別涉及一種高精度溫度傳感器誤差修正的方法及其修正電路。

背景技術

隨著應用需求的不斷提高，溫度傳感器的精度也在不斷提高。在溫度傳感器制造的過程中，由于工藝因素，不可避免地會引入誤差。為了保證溫度傳感器檢測溫度的準確性，需要將傳感器的誤差進行修正。常見的修正方式能夠有效修正傳感器的誤差，但是由于工藝因素限制，其修正的精度有限。在高精度傳感器中，常見的修正方式并不適用。

圖1所示為溫度傳感器的結構示意圖。

圖1中兩個偏置電流I_bias1和I_bias2分別流過bipolar管(雙極性晶體管，也稱三極管)Q1和Q2，其中，晶體管Q1產生一個溫度信號V_BE，該信號為晶體管Q1發射極與基極的電壓差。晶體管Q2也產生一個溫度信號V_BE，該信號為晶體管Q2發射極與基極的電壓差。晶體管Q1和晶體管Q2兩者之間的V_BE差產生了另一個溫度信號ΔV_BE。

∑Δ模數轉換器(Sigma delta ADC)負責對信號V_BE和ΔV_BE進行采樣，并將采樣得到的信號進行量化，得到數字碼流BS(bit stream)，數字碼流經過降采樣濾波器(decimation filter)濾波后，得到量化后的溫度信號。

在溫度傳感器中，兩個溫度信號V_BE和ΔV_BE都會引入誤差。每個溫度信號都有多個誤差源。其中，溫度信號V_BE中能夠引入誤差的誤差源有反向飽和電流偏差、基極電阻引入的誤差、反向厄利效應引入的誤差、偏置電流的誤差等等；溫度信號ΔV_BE中能夠引入誤差的誤差源有晶體管之間的匹配誤差、電流源之間的匹配誤差、晶體管有限電流增益引入的誤差、反向厄利效應引入的誤差等等。

假設溫度傳感器的精度要求為0.1K(K為開氏溫度單位)，則要求所有誤差源貢獻的誤差總和不能大于0.1K，因此每個誤差源能夠貢獻的誤差為總誤差除以誤差源的個數。按照這種分配方式，每個誤差源貢獻的誤差要比總誤差小一個數量級左右，即每個誤差源的誤差為0.01K。

通常情況，通過較好的電路匹配，甚至必要的時候采用動態匹配的方式可以將溫度信號ΔV_BE中的誤差消除到足夠小的范圍，因此，可以忽略溫度信ΔV_BE的誤差。而溫度信V_BE中的誤差，則不可以通過匹配的方式消除，需要在電路中額外增加一個修正電路。該修正電路的作用是在實際生產后，通過測試的方式計算得到溫度信號V_BE中的誤差大小，然后利用修正電路將溫度信號V_BE中的誤差消除。

在SMIC 0.18um標準單元庫中的混合信號(Mix signal)工藝中，各種因素導致溫度信號V_BE的誤差范圍約為±9.22mV，而±0.01K溫度誤差對應的溫度信號V_BE誤差為±0.04mV(25度室溫下)，誤差范圍與誤差精度的比如下：

從上式(1)可以看出，實現誤差修正需要8bit的修正方式。