[發(fā)明專利]溫度傳感器電路和溫度傳感模數(shù)轉(zhuǎn)換方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011064803.5
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN112187270A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李根;李文昌;洪婷;雷娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東華科半導(dǎo)體研究院有限公司
• 主分類號(hào): H03M1/12
• 分類號(hào): H03M1/12;G01K7/01
• 代理公司: 成都惠迪專利事務(wù)所(普通合伙) 51215
• 代理人: 劉勛

溫度傳感器電路，涉及集成電路技術(shù)，本發(fā)明包括感溫模塊、第一選擇器、積分器、積分器周期控制單元、比較器、比較器頻率控制單元、濾波器和計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘電路為積分器周期控制單元、比較器頻率控制單元和計(jì)數(shù)器提供時(shí)鐘信號(hào)；所述時(shí)鐘電路包括1倍周期輸出模塊、2倍周期輸出模塊和16倍周期輸出模塊，1倍周期輸出模塊與積分器周期控制單元連接，一個(gè)時(shí)鐘選擇開關(guān)的第一輸入點(diǎn)接2倍周期輸出模塊，第二輸入點(diǎn)接16倍周期輸出模塊，時(shí)鐘選擇開關(guān)的輸出點(diǎn)與比較器頻率控制單元、濾波器和計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端連接，時(shí)鐘選擇開關(guān)的控制端與比較器的輸出端連接。在同等精度下，本發(fā)明大幅度減少了轉(zhuǎn)換時(shí)間，提高了溫度傳感器的時(shí)間靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)。

背景技術(shù)

集成溫度傳感器芯片一般是利用PN結(jié)正向壓降的溫度特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。PN正向電壓V_BE呈負(fù)溫度系數(shù)，而不同電流密度的V_BE之差ΔV_BE呈正溫度系數(shù)，V_BE和ΔV_BE可以合成一個(gè)不隨溫度變化的參考電壓V_REF，ΔV_BE與V_REF的比值表征溫度值，參見圖1。

現(xiàn)有溫度傳感器一階Σ-ΔADC通過(guò)積分頻率的不同，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓15ΔVBE+VBE和ΔVBE-VBE的積分。積分頻率為16kHz周期為Ts，對(duì)ΔVBE進(jìn)行15次積分，對(duì)VBE進(jìn)行1次積分，即16Ts得到對(duì)電壓15ΔVBE+VBE的積分；積分頻率為2kHz周期為8Ts，對(duì)ΔVBE進(jìn)行1次積分，對(duì)-VBE進(jìn)行1次積分，即16Ts得到對(duì)電壓ΔVBE-VBE的積分。

現(xiàn)有技術(shù)的溫度傳感器原理如圖2所示，包括感溫模塊和一階Σ-ΔADC模塊。感溫模塊提供感溫的模擬量ΔVBE電壓和VBE電壓，然后經(jīng)過(guò)一階Σ-ΔADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度值。一階Σ-ΔADC包括積分器、比較器和數(shù)字濾波器(使用計(jì)數(shù)器作為數(shù)字濾波器)等。

開始工作時(shí)，ADC輸入電壓為8ΔVBE，然后進(jìn)行積分，積分輸出值和GND進(jìn)行比較。如果積分輸出值大于GND，比較器輸出為1，輸入電壓減去參考電壓，即8ΔVBE-(7ΔVBE+VBE)＝ΔVBE-VBE，然后ΔVBE-VBE作為新的輸入電壓再次進(jìn)行積分和比較；如果積分輸出值小于GND，比較器輸出為0，輸入加上參考電壓，即8ΔVBE+(7ΔVBE+VBE)＝15ΔVBE+VBE，然后15ΔVBE+VBE作為新的輸入電壓再次進(jìn)行積分和比較。

設(shè)總的計(jì)數(shù)器周期數(shù)為N(計(jì)數(shù)器等于N時(shí)，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束)，輸出為1的周期數(shù)為A，則根據(jù)電荷平衡原理得到：

(N-A)*(15ΔVBE+VBE)＝A*(ΔVBE-VBE)，

當(dāng)比較器輸出為1時(shí)，濾波器計(jì)數(shù)加1。當(dāng)比較器輸出為0時(shí)，濾波器計(jì)數(shù)減1。則(N₀是數(shù)字濾波器初始值)。

由于Σ-ΔADC調(diào)制器的輸入近似為直流信號(hào)，ADC最高精度為：ENOB＝log₂N。

缺點(diǎn)：ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間為16T*N＝16T*2^ENOB，為了實(shí)現(xiàn)高精度，ENOB每增加一位，轉(zhuǎn)換時(shí)間就增大一倍。

設(shè)T＝3.4us，精度ENOB為13位，則轉(zhuǎn)換時(shí)間為16*3.4us*2¹³＝445.6ms。如果精度ENOB提高一位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為16*3.4us*2¹⁴＝891.2ms，轉(zhuǎn)換時(shí)間增加一倍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種高精度和較少轉(zhuǎn)換時(shí)間的溫度傳感器電路和溫度傳感模數(shù)轉(zhuǎn)換方法。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，溫度傳感器電路，包括感溫模塊、第一選擇器、積分器、積分器周期控制單元、比較器、比較器頻率控制單元、濾波器和計(jì)數(shù)器，