[實用新型]溫度傳感器電路

有效

• 申請號: 202022209093.2
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN213342183U
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 李根;李文昌;洪婷;雷娜
• 申請（專利權）人: 山東華科半導體研究院有限公司
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12;G01K7/01
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(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，本實用新型包括感溫模塊、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、濾波器和計數器，時鐘電路為積分器周期控制單元、比較器頻率控制單元和計數器提供時鐘信號；所述時鐘電路包括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，一個時鐘選擇開關的第一輸入點接2倍周期輸出模塊，第二輸入點接16倍周期輸出模塊，時鐘選擇開關的輸出點與比較器頻率控制單元、濾波器和計數器的時鐘輸入端連接，時鐘選擇開關的控制端與比較器的輸出端連接。在同等精度下，本實用新型大幅度減少了轉換時間，提高了溫度傳感器的時間靈敏度。

技術領域

本實用新型涉及集成電路技術。

背景技術

集成溫度傳感器芯片一般是利用PN結正向壓降的溫度特性來實現。PN正向電壓V_BE呈負溫度系數，而不同電流密度的V_BE之差ΔV_BE呈正溫度系數，V_BE和ΔV_BE可以合成一個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。

現有溫度傳感器一階Σ-ΔADC通過積分頻率的不同，實現對電壓15ΔVBE+VBE和ΔVBE-VBE的積分。積分頻率為16kHz周期為Ts，對ΔVBE進行15次積分，對VBE進行1次積分，即16Ts得到對電壓15ΔVBE+VBE的積分；積分頻率為2kHz周期為8Ts，對ΔVBE進行1次積分，對-VBE進行1次積分，即16Ts得到對電壓ΔVBE-VBE的積分。

現有技術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，然后經過一階Σ-ΔADC轉換為數字溫度值。一階Σ-ΔADC包括積分器、比較器和數字濾波器(使用計數器作為數字濾波器)等。

開始工作時，ADC輸入電壓為8ΔVBE，然后進行積分，積分輸出值和GND進行比較。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行積分和比較。

設總的計數器周期數為N(計數器等于N時，ADC轉換結束)，輸出為1的周期數為A，則根據電荷平衡原理得到：

(N-A)*(15ΔVBE+VBE)＝A*(ΔVBE-VBE)，

當比較器輸出為1時，濾波器計數加1。當比較器輸出為0時，濾波器計數減1。則數字溫度值(N₀是數字濾波器初始值)。

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

缺點：ADC的轉換時間為16T*N＝16T*2^ENOB，為了實現高精度，ENOB每增加一位，轉換時間就增大一倍。

設T＝3.4us，精度ENOB為13位，則轉換時間為16*3.4us*2¹³＝445.6ms。如果精度ENOB提高一位，轉換時間為16*3.4us*2¹⁴＝891.2ms，轉換時間增加一倍。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種高精度和較少轉換時間的溫度傳感器電路和溫度傳感模數轉換方法。

本實用新型解決所述技術問題采用的技術方案是，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、濾波器和計數器，