[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

本發明提出一種應用于FBAR振蕩器的低功耗溫度傳感器及其工作方法，所述溫度傳感器包括溫度前端電路、ADC、時序產生電路；所述時序產生電路向溫度前端電路動態匹配單元提供控制信號，并向ADC的采樣保持電路提供非交疊時鐘；所述溫度前端電路與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；本發明在滿足低功耗、小體積的要求基礎上，使用輔助電路分別提高測溫精度和分辨率。滿足了溫度補償電路對于高溫度靈敏度的要求。

技術領域

本發明涉及電路技術領域，尤其是一種應用于FBAR振蕩器的低功耗溫度傳感器及其工作方法。

背景技術

5G室內基站大范圍部署后，萬物互聯互通成為可能，物聯網成為繼互聯網之后劃時代的興起。對于物聯網的硬件設備往往具有小體積、低功耗、低成本的要求，自然對于其組成部分之一的頻率基準源也提出了相同的要求。

MEMS器件憑借小尺寸低成本的優勢取代了主導了幾十年的石英成為主流。其中薄膜體聲波諧振器(FilmBulkAcoustic Resonator，FBAR)憑借其綜合低功耗、低相位噪聲、高輸出頻率、小體積等優勢，成為最具潛力的頻率基準源器件。

FBAR振蕩器相比石英晶體振蕩器具有多種優勢，但是其溫度穩定性不如石英晶體，因此要實現高溫度靈敏度就必須引入溫度傳感器進行溫度補償。

發明內容

本發明提出一種應用于FBAR振蕩器的低功耗溫度傳感器及其工作方法，在滿足低功耗、小體積的要求基礎上，使用輔助電路分別提高測溫精度和分辨率。滿足了溫度補償電路對于高溫度靈敏度的要求。

本發明采用以下技術方案。

一種應用于FBAR振蕩器的低功耗溫度傳感器，所述溫度傳感器包括溫度前端電路、ADC、時序產生電路；所述時序產生電路向溫度前端電路動態匹配單元提供控制信號，并向ADC的采樣保持電路提供非交疊時鐘；所述溫度前端電路與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為12bit二階Sigma-DeltaADC。

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；