[發明專利]一種集成于CMOS圖像傳感器的溫度傳感器及其控制方法

有效

• 申請號: 202010158583.6
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111351589B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 袁昕;李婷;曹天驕;陳貴寶;吳龍勝
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: G01K7/01
• 分類號: G01K7/01
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

本發明公開了一種集成于CMOS圖像傳感器的溫度傳感器及其控制方法，溫度傳感器包括溫度轉電壓模塊以及單積分型ADC模塊；溫度轉電壓模塊包括比例電流生成電路，比例電流生成電路將電流源轉換成兩路具有固定比例的偏置電流，分別輸入核心感溫模塊中兩個NPN型雙極晶體管的集電極，兩個NPN型雙極晶體管的基極?發射極電壓分別經過開關電容放大器采樣后輸入單積分型ADC模塊，單積分型ADC模塊將采樣放大之后的模擬電壓值進行量化并輸出。本發明溫度傳感器的控制方法通過采用兩次采樣兩次轉換的方法，在不增加電路復雜程度的前提下提高了片上溫度傳感器的精度。

技術領域

本發明屬于傳感器領域，涉及一種集成于CMOS圖像傳感器的溫度傳感器及其控制方法。

背景技術

溫度是影響集成電路工作性能的一個重要參數，尤其是模擬集成電路。在CMOS圖像傳感器中，環境溫度變化會影響環境噪聲、器件的暗電流及熱噪聲等。為了監測芯片內溫度對暗電流的影響，以提高系統的可靠性，目前多采用集成式溫度傳感器。目前CMOS片上溫度傳感器主要實現方式可分為3大類：電壓溫度傳感器，利用隨溫度而變的電壓電源以及電壓ADC將溫度信號轉換成數字值；頻率溫度傳感器，傳感器的輸出頻率隨溫度變化發生相應改變；時域溫度傳感器，延遲發生器生成一個數字脈沖，其延遲隨溫度變化發生相應改變。

現有集成于CMOS圖像傳感器的溫度傳感器電路存在結構復雜且精度不高的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中集成于CMOS圖像傳感器的溫度傳感器檢測精度不足的問題，提供一種集成于CMOS圖像傳感器的溫度傳感器及其控制方法，在感溫模塊的輸出端兩次采樣輸出電壓值，將第一次采樣的電壓值轉換為數字碼后取補碼，并將得到的補碼設置為第二次模數轉換過程中數字碼的起始值，消除了運算放大器失調電壓、電路噪聲及模數轉換器失調電壓的影響，在不增加電路復雜程度的前提下提高片上溫度傳感器的精度。

為了實現上述目的，本發明有如下的技術方案：

一種集成于CMOS圖像傳感器的溫度傳感器，包括溫度轉電壓模塊以及單積分型ADC模塊；所述的溫度轉電壓模塊包括比例電流生成電路，比例電流生成電路將電流源I_bias轉換成兩路具有固定比例的偏置電流，分別輸入核心感溫模塊中兩個NPN型雙極晶體管的集電極，兩個NPN型雙極晶體管的基極-發射極電壓分別經過開關電容放大器采樣后輸入單積分型ADC模塊，所述的單積分型ADC模塊將采樣放大之后的模擬電壓值進行量化并輸出。

作為本發明的一種優選實施方案，所述的開關電容放大器包括運算放大器，運算放大器的正輸入端與共模電平V_CM連接，兩個NPN型雙極晶體管的集電極分別經過第一信號選通開關和第二信號選通開關與第一電容的上極板相連，第一電容的下極板與運算放大器的負輸入端相連，運算放大器的負輸入端與輸出端之間連接反饋開關，與反饋開關相并聯的還設置有第二電容；所述運算放大器的輸出端分兩路連接單積分型ADC模塊，兩條電路上分別設置有第一輸出信號讀取開關以及第二輸出信號讀取開關，第三電容和第四電容的一端分別連接在運算放大器的兩條輸出電路上，第三電容和第四電容的另一端接地。

作為本發明的一種優選實施方案，第一信號選通開關、第二信號選通開關、反饋開關、第一輸出信號讀取開關以及第二輸出信號讀取開關采用NMOS和PMOS互補開關結構。

作為本發明的一種優選實施方案，單積分型ADC模塊包括ADC使能信號EN及ADC計數器復位控制信號DIN_RST，當ADC使能信號EN為高時，單積分型ADC模塊正常工作；通過配置ADC計數器復位控制信號DIN_RST能夠配置單積分型ADC模塊各位的初始值。

所述的比例電流生成電路采用共源共柵結構電流鏡且采用PMOS輸出。

作為本發明的一種優選實施方案，核心感溫模塊的兩個NPN型雙極晶體管采用兩個尺寸相同的縱向寄生的晶體管，所述兩個晶體管的基極和集電極相連、發射極接地電位。