[發明專利]基于電流的溫度測量裝置和方法

有效

• 申請號: 201880056424.6
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN111051831B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: J·E·巴特林
• 申請（專利權）人: 微芯片技術股份有限公司
• 主分類號: G01K7/01
• 分類號: G01K7/01;G01K7/34
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳斌

本公開涉及一種與絕對溫度成比例(PTAT)電流源，其用于高分辨率溫度測量。將PTAT電流源聯接到電容器固定量的時間，以便將電容器充電至與施加到電容器的電流成比例的電壓，并因此與溫度成比例。測量電容器上的電壓，并且根據所測量的電壓來計算或確定溫度。

相關專利申請

本申請要求由James E.Bartling于2017年11月2日提交的標題為“基于電流的溫度測量裝置和方法(Current-Based Temperature Measurement Devices and Methods)”的共同擁有的美國臨時專利申請序列號62/580,760的優先權，并且以引用方式并入本文以用于所有目的。

技術領域

本公開涉及溫度測量裝置和方法，并且更具體地，涉及基于電流的溫度測量裝置和方法，例如，使用與絕對溫度成比例(PTAT)電流源進行溫度測量。

背景技術

使用各種電子技術進行溫度測量。例如，一些裝置或技術采用基于電阻器的溫度測量，例如，通過驅動具有固定電流源的電阻器、測量橫跨電阻器的電壓、以及確定作為所測量電壓的函數的溫度值。然而，基于電阻器的技術常常具有有限的準確度和/或有限的轉換速度。

又如，電阻器分壓器技術可用于溫度測量，例如，通過在分壓器電路中使用具有不同已知溫度系數的電阻器。然而，該技術通常具有緩慢的響應時間、有限的準確度、和/或線性問題。

又如，一些裝置或技術采用基于二極管的溫度測量，例如，通過驅動具有固定電流源的二極管、測量橫跨二極管的電壓、以及確定作為所測量電壓的函數的溫度值。然而，基于二極管的技術常常具有緩慢的響應時間、有限的準確度、和/或低分辨率。

發明內容

因此，需要的是一種準確、快速、可靠且低成本的測量溫度的方式。

根據一個實施方案，溫度測量系統可包括：與絕對溫度成比例(PTAT)電流源；電容器，所述電容器通過可控開關選擇性地耦合到所述PTAT電流源；控制器，所述控制器被配置為控制所述開關，以將所述電容器耦合到所述PTAT電流源一段充電時間，其中所述電容器可在所述充電時間期間被充電至電壓；模數轉換器(ADC)，所述模數轉換器具有耦合到所述電容器的輸入，并且被配置用于在所述電容器上生成所述電壓的數字表示；和電子電路，所述電子電路被配置為基于所述電容器上的所述電壓的所述數字表示來計算溫度。

根據另一個實施方案，與絕對溫度零變化(ZTAT)電流接收器可被配置用于將電容器充電電流調節至所需值。根據另一個實施方案，PTAT和ZTAT電流可由帶隙電路產生。根據另一個實施方案，可提供電流鏡，以增加可得自PTAT電流源的電流。根據另一個實施方案，可提供電流鏡，以調節PTAT電流源的溫度系數。根據另一個實施方案，可提供電流鏡，以增加ZTAT電流接收器的電流處理。

根據另一個實施方案，溫度測量系統可具有溫度測量分辨率，所述溫度測量分辨率選自以下中的任一種：小于1℃、小于0.5℃、小于0.2℃、小于0.1℃、以及小于0.05℃。根據另一個實施方案，充電時間可選自以下中的任一種：小于1秒、小于100毫秒、小于10毫秒、小于1毫秒、小于100μs、小于10μs、小于1μs、以及小于100ns。根據另一個實施方案，充電時間可為約625ns。

根據另一個實施方案，溫度測量系統可包括微控制器。根據另一個實施方案，微控制器可包括：微處理器；存儲器，所述存儲器耦合到所述微處理器，并且存儲用于由所述電容器上的所述電壓的所述數字表示確定所述溫度的程序。根據另一個實施方案，微控制器可包括ADC和可控開關。根據另一個實施方案，可提供短路開關，以在充電時間期間在充電之前使電容器放電。根據另一個實施方案，控制器控制短路開關。