CN101459428A - 数模转换器温度补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数模转换器温度补偿方法，由基准电压得到电流IR和IB，将输入的数字信号由高位到低位分成三阶，由低位到高位分别是TC1、TC2和TC3，TC1的温度系数电流为ITC1＝－k1IR+k1IB，TC2的温度系数电流为ITC2＝k2((IR－IB)²/IR)，TC3的温度系数电流为ITC3＝k3((IR－IB)³/IR²)；对基本电流和ITC1、ITC2和ITC3加权得到Imix，最后得到输出电流。本发明通过对温度进行三阶补偿，大大提高了数模转换器温度补偿的精度，使得整个系统在全温度范围内输出更加稳定。

Description

数模转换器温度补偿方法

技术领域

本发明涉及一种数模转换器的温度补偿方法，尤其是一种用于霍尔传感器的数模转换器温度补偿方法。

背景技术

对于霍尔传感器系统芯片，要求能够实现全温度范围内有稳定的输出，这就需要在芯片内部对外部磁场进行温度补偿。这种补偿的原理就是对电流进行温度补偿，对一个电流与外部磁场而言，其温度曲线可以分解为N阶多项式，一般在工程上只取到二阶，即只有一次与二次温度系数。这种补偿方法实现起来比较简单，因此便于实用。但是，在一些对精度要求比较高的场合，这种温度补偿方式就不能满足对于精度的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种数模转换器温度补偿方法，能够大大提高温度补偿的精度。

为解决上述技术问题，本发明数模转换器温度补偿方法的技术方案是，包括如下步骤：

由基准电压得到电流 $\mathrm{IR}=\frac{\mathrm{VREF}}{\mathrm{Rpoly}}$ 和 $\mathrm{IB}=\frac{\mathrm{VBE}}{\mathrm{Rpoly}},$ 其中，VREF为基准电压，VBE为PNP管基极与发射极之间的电压；

将输入的数字信号由高位到低位分成三阶，由低位到高位分别是TC1、TC2和TC3，TC1的温度系数电流为ITC1＝-k1IR+k1IB，TC2的温度系数电流为 $\mathrm{ITC}2=k2\frac{{(\mathrm{IR}-\mathrm{IB})}^2}{\mathrm{IR}},$ TC3的温度系数电流为 $\mathrm{ITC}3=k3\frac{{(\mathrm{IR}-\mathrm{IB})}^3}{{\mathrm{IR}}^2};$

对基本电流和ITC1、ITC2和ITC3加权

$\mathrm{Imix}=\frac{1}{2}(\mathrm{IR}+\mathrm{IB})+\mathrm{ITC}1+\mathrm{ITC}2+\mathrm{ITC}3,$

由 $\mathrm{Iout}=\frac{\mathrm{Imix}\×\mathrm{Rpoly}}{\mathrm{Rx}}$ 得到输出电流。

本发明通过对温度进行三阶补偿，大大提高了数模转换器温度补偿的精度，使得整个系统在全温度范围内输出更加稳定。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明数模转换器温度补偿方法温度补偿的示意图；

图2为产生补偿电流IR和IB的电路图；

图3为TC1的补偿电流编码电路的电路图；

图4为TC2的补偿电流产生电路的电路图；

图5为TC2的补偿电流编码电路的电路图；

图6为TC3的补偿电流产生电路的电路图；

图7为TC3的补偿电流编码电路的电路图；

图8为加权输出电路的电路图。

具体实施方式

本发明对电流进行温度补偿取到三阶，表达式可写为

I＝I₀(1+α₁ΔT+β₁ΔT²+χ₁ΔT³)，B＝B₀(1+α₂ΔT+β₂ΔT²+χ₂ΔT³)，

则芯片的输出

V＝KIB＝KI₀B₀(1+αΔT+βΔT²+χΔT³)，

当要求实现零温度系数，可以通过两个不同温度系数的电流的加权，使得α、β和χ等于0。但是一般电流简单的相加只能实现一个温度系数等于0，要实现一次，二次，三次的温度系数分别为零，实现的方法就是分别对一阶，二阶，三阶温度系数进行处理，才能实现真正的三阶温度系数为零。

本发明提供了一种数模转换器温度补偿方法，如图1所示，包括如下步骤：

由基准电压得到电流 $\mathrm{IR}=\frac{\mathrm{VREF}}{\mathrm{Rpoly}}$ 和 $\mathrm{IB}=\frac{\mathrm{VBE}}{\mathrm{Rpoly}},$ 其中，VREF为基准电压，VBE为PNP管基极与发射极之间的电压；

将输入的数字信号由高位到低位分成三阶，由低位到高位分别是TC1、TC2和TC3，TC1的温度系数电流为

ITC1＝-k1IR+k1IB...............................................................(1)

TC2的温度系数电流为

$\mathrm{ITC}2=k2\frac{{(\mathrm{IR}-\mathrm{IB})}^2}{\mathrm{IR}}...............................................................\left(2\right)$

TC3的温度系数电流为

$\mathrm{ITC}3=k3\frac{{(\mathrm{IR}-\mathrm{IB})}^3}{{\mathrm{IR}}^2}...............................................................\left(3\right)$

对基本电流和ITC1、ITC2和ITC3加权

$\mathrm{Imix}=\frac{1}{2}(\mathrm{IR}+\mathrm{IB})+\mathrm{ITC}1+\mathrm{ITC}2+\mathrm{ITC}3..........................................\left(4\right)$

由

$\mathrm{Iout}=\frac{\mathrm{Imix}\×\mathrm{Rpoly}}{\mathrm{Rx}}...............................................................\left(5\right)$

得到输出电流。

下面结合实施例对本发明数模转换器温度补偿方法进行说明。

在该实施例中，将输入的16位数字信号由高位到低位分成三阶，其中TC1有7位，TC2有5位，TC3有4位。图2所示为产生补偿电流IR和IB的电路图，由基准电压得到电流 $\mathrm{IR}=\frac{\mathrm{VREF}}{\mathrm{Rpoly}}$ 和 $\mathrm{IB}=\frac{\mathrm{VBE}}{\mathrm{Rpoly}}.$

图3所示为TC1的补偿电流编码电路，这实际上是一个电流选择电路，通过设置相应的TC1编码输出不同大小的IR与IB，然后在电流加权模块中相加，组合成不同一次温度系数的电流。由该电路可得，

$\mathrm{ITC}2\_\mathrm{IR}=\frac{1}{128}\underset{n=0}{\overset{6}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{TC}1<n>2^n\mathrm{IR}................................................\left(6\right)$

$\mathrm{ITC}1\_\mathrm{IB}=\frac{1}{128}\underset{n=0}{\overset{6}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{TC}1<n>2^n\mathrm{IB}................................................\left(7\right)$

结合公式(1)、(6)、(7)可得， $k1=\frac{1}{128}\underset{n=0}{\overset{6}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{TC}1<n>2^n.$

图4所示为TC2的补偿电流产生电路，它是建立在MOS管的最其本特性Id＝K(Vgs-Vt)²的基础上的。图4中的五个MOS管具有相同的尺寸且都必须保证良好地工作在饱和区，为了减小MOS管沟道调制效应的影响，沟道长度取的比较大。输出电流Ix的表达式为

$\mathrm{Ix}=\frac{{(6\mathrm{IR}-6\mathrm{IB})}^2}{8\mathrm{IR}}=\frac{9{(\mathrm{IR}-\mathrm{IB})}^2}{2\mathrm{IR}}...................................................\left(8\right)$

图5所示为TC2的补偿电流编码电路，实际也是一个电流选择电路，通过设置TC2编码，产生不同的大小Ix，组合成ITC2，ITC2的组合表达式为

$\mathrm{ITC}2=\frac{1}{32}\underset{n=0}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{TC}2<n{>2}^n\frac{{(\mathrm{IR}-\mathrm{IB})}^2}{\mathrm{IR}}.............................................\left(9\right)$

结合公式(2)和(9)可得， $k2=\frac{1}{32}\underset{n=0}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{TC}2<n{>2}^n.$

图6所示为TC3的补偿电流产生电路，其实际为一个模拟电流乘法电路，输入的电流为Iin1＝Ia+Ib和Iin2＝Ia-Ib，则输出电流 $\mathrm{Iy}=\frac{\mathrm{IaIb}}{2\mathrm{IR}}.$

令Ia＝2(IR-IB)， $\mathrm{Ib}=\frac{4}{9}\mathrm{Ix}=\frac{2{(\mathrm{IR}-\mathrm{IB})}^2}{\mathrm{IR}},$

可得 $\mathrm{Iy}=\frac{2{(\mathrm{IR}-\mathrm{IB})}^3}{{\mathrm{IR}}^2}............................................................\left(10\right)$

图7所示为TC3的补偿电流编码电路，与ITC2的产生原理相同，通过把设置TC3编码，产生不同的大小Iy，组合成ITC3，ITC3的组合表达式为

$\mathrm{ITC}3=\frac{1}{16}\underset{n=0}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{TC}3<n{>2}^n\frac{{(\mathrm{IR}-\mathrm{IB})}^2}{{\mathrm{IR}}^2}.............................................\left(11\right)$

结合公式(3)和(11)可得， $k3=\frac{1}{16}\underset{n=0}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{TC}3<n{>2}^n.$

图8所示为加权输出电路，该电路有两大功能，一是电流的最后加权，二是电流的转换。

电流加权部分通过四个符号位的编码分别控制ITC1_IR、ITC1_IB、ITC2、ITC3与基本电流1/2(IR+IB)相加权，产生Imix。结合公式(4)、(6)、(7)、(9)和(11)，得到

Imix＝0.5(IR+IB)+(-1)^TC1<7>(IB-IR)+(-1)^TC2<5>ITC2+(-1)^TC3<4>ITC3

Imix通过不同电阻类型的产生电压再转换为电流，Rx为不同应用模块中采用的电阻类型，实现最终的电流输出。

综上所述，本发明通过对温度进行三阶补偿，大大提高了数模转换器温度补偿的精度，使得整个系统在全温度范围内输出更加稳定。

Claims (1)

1.一种数模转换器温度补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

由基准电压得到电流 $\mathrm{IR}=\frac{\mathrm{VREF}}{\mathrm{Rpoly}}$ 和 $\mathrm{IB}=\frac{\mathrm{VBE}}{\mathrm{Rpoly}},$ 其中，VREF为基准电压，VBE为PNP管基极与发射极之间的电压；

将输入的数字信号由高位到低位分成三阶，由低位到高位分别是TC1、TC2和TC3，TC1的温度系数电流为ITC1＝-k1IR+k1IB，TC2的温度系数电流为 $\mathrm{ITC}2=k2\frac{{(\mathrm{IR}-\mathrm{IB})}^2}{\mathrm{IR}},$ TC3的温度系数电流为 $\mathrm{ITC}3=k3\frac{{(\mathrm{IR}-\mathrm{IB})}^3}{{\mathrm{IR}}^2};$

对基本电流和ITC1、ITC2和ITC3加权

$\mathrm{Imix}=\frac{1}{2}(\mathrm{IR}+\mathrm{IB})+\mathrm{ITC}1+\mathrm{ITC}2+\mathrm{ITC}3,$

由 $\mathrm{Iout}=\frac{\mathrm{Imix}\&times;\mathrm{Rpoly}}{\mathrm{Rx}}$ 得到输出电流。

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