[發明專利]一種應用于FBAR振蕩器的低功耗溫度傳感器及其工作方法

有效

• 申請號: 202110572115.8
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113311897B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 黃繼偉;金靖;陳星;王科平
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G05F1/567
• 分類號: G05F1/567
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

1.一種應用于FBAR振蕩器的低功耗溫度傳感器，其特征在于：所述溫度傳感器包括溫度前端電路、模數轉換器ADC、時序產生電路；所述溫度傳感器的溫度前端電路包括預偏置電路、溫度核心電路、動態匹配單元，所述時序產生電路向溫度前端電路中的動態匹配單元提供控制信號，并向模數轉換器ADC中的采樣保持電路提供非交疊時鐘；所述預偏置電路、溫度核心電路均采用動態匹配模塊并在一個轉換周期內對電流鏡進行交換；

所述溫度前端電路與模數轉換器ADC相連并輸出與溫度正相關的電壓ΔV_BE和與溫度負相關的電壓V_BE，所述模數轉換器ADC根據溫度前端電路提供的電壓信息，向外部電路輸出含溫度信息的脈沖寬度調制信號；

所述ADC包括±ΔV_BE、V_BE選擇開關電路、采樣保持電路、兩級積分器、動態比較器，并使用全差分的電路結構來減小偶次噪聲；

所述預偏置電路包括用于排除錯誤的潛在工作點以使溫度前端電路快速進入正確工作狀態的啟動電路；當溫度前端電路進入正確工作點后，啟動電路自動關閉；所述預偏置電路包括用于產生帶電流增益補償系數的偏置電流的電流增益補償電阻R_β；

所述電流鏡由PMOS管M_P5-M_P21以及M_P22-M_P37構成；

所述啟動電路由PMOS管M_P1、M_P2、NMOS管M_N1、M_N2、M_N3構成，其中M_N3用于排除錯誤的潛在工作點，使溫度前端電路快速進入正確工作狀態；

所述預偏置電路包括兩個三極管連接的襯底pnp晶體管Q_BL和Q_BR，還包括由PMOS管M_P5-M_P21構成的八個Cascode結構的電流源；所述預偏置電路的電流源為襯底pnp晶體管Q_BL和Q_BR提供比例為1:7的偏置電流比例。

2.根據權利要求1所述的一種應用于FBAR振蕩器的低功耗溫度傳感器，其特征在于：所述ADC為12bit二階Sigma-Delta ADC。

3.一種應用于FBAR振蕩器的低功耗溫度傳感器的工作方法，采用權利要求1中所述的低功耗溫度傳感器，用于向溫度補償FBAR振蕩器補償模塊提供高精度和高分辨率的溫度信息，其特征在于：所述溫度傳感器中的動態匹配單元以交互式動態匹配方法，通過增設電流選擇開關來交換預偏置電路、溫度核心電路處的電流鏡，來減小不同組電流鏡之間的失配誤差Δm/m，并形成可自關閉的快速啟動電路以使溫度前端電路進入正確工作點；所述溫度前端電路中的預偏置電路通過偏置電阻R_b以及運放鉗位產生偏置電流，再通過溫度核心電路產生包含溫度信息的電壓V_BE和ΔV_BE。