CN102063139A

CN102063139A - 温度系数调整电路及温度补偿电路

Info

Publication number: CN102063139A
Application number: CN200910222705.7A
Authority: CN
Inventors: 陈继明; 简焕文
Original assignee: Dengfeng Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Dengfeng Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2029-11-12
Also published as: CN102063139B; US20110109373A1

Abstract

本发明涉及一种温度系数调整电路及温度补偿电路，其中，温度系数调整电路包含一第一系数调整电路、一电阻以及一第二系数调整电路。温度补偿电路包含一侦测电路、一电阻以及一系数调整电路。与使用热敏电阻来进行温度补偿的现有温度补偿电路相比，本发明提供的温度系数调整电路及温度补偿电路，可放大热敏电阻的温度系数以配合不同应用环境提供所需温度系数的补偿范围。

Description

温度系数调整电路及温度补偿电路

技术领域

本发明涉及一温度系数调整电路及温度补偿电路，尤其涉及一种可提高温度系数的温度系数调整电路及温度补偿电路。

背景技术

电子元件的特性会因操作温度的变化而有所不同。为了避免温度的变化影响到电子元件的特性表现，一般会使用温度补偿的方式，以修正温度变化所造成的影响。而温度补偿最常见的参考元件为热敏电阻，利用热敏电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来修正电子元件的特性随温度的变化量，使电子元件的特性表现不随温度变化。

图1为现有的温度补偿电路的结构示意图。由于热敏电阻本身可提供的温度系数范围有限，对于需要较大的温度系数值作为温度补偿参考的应用环境就无法适用。针对这种需要较大温度系数值以进行温度补偿的情况，现有技术使用如图1所示的温度补偿电路来提高较大的温度系数值。图1所示的温度补偿电路包含了一电流源IDC、一热敏电阻RNTC、一模数转换器(Analog/Digital；简称为：A/D)以及一调整电流源IC。电流源IDC提供不随温度变化的稳定电流流经热敏电阻RNTC，而热敏电阻RNTC为具有负温度系数电阻值的电阻。因此，当温度上升时，跨接热敏电阻RNTC上的电压会下降。模数转换器A/D侦测热敏电阻RNTC上的跨压变化，并转换成数位的控制信号以控制调整电流源IC的输出电流IOUT_TC，使输出电流IOUT_TC随温度而变化。通过模数转换器A/D将热敏电阻RNTC上的跨压变化放大成调整电流源IC的输出电流IOUT_TC的电流变化，因此可以得到较热敏电阻本身的温度系数值更大的温度系数。

然而，利用模数转换器，不仅使电路的芯片面积增加而造成电路成本的上升，而且也增加的电路的复杂度，另外，温度系数的精度也会受到A/D精度的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度系数调整电路及温度补偿电路，使用一个或以上的系数调整电路来调高温度系数补偿值，使温度系数可以随应用环境放大，而且温度系数调整电路可以由简单的模拟放大器来达成，因此电路的构造简单、温度系数精准且成本低。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种温度系数调整电路，包含一第一系数调整电路、一电阻以及一第二系数调整电路。第一系数调整电路具有一第一温度系数，第一系数调整电路接收一输入信号并根据输入信号及第一温度系数输出一第一电流。电阻具有一第一相反温度系数且第一相反温度系数与第一温度系数为异号数，电阻连接第一系数调整电路以根据第一电流以产生一第一电压。第二系数调整电路具有一第二温度系数元件且第二温度系数元件具有一第二温度系数，第二系数调整电路接收第一电压并根据第一电压及第二温度系数输出一第二电流，其中第一温度系数与第二温度系数为同号数。

本发明实施例还提供了一种温度补偿电路，包含一侦测电路、一电阻以及一系数调整电路。侦测电路具有一第一温度系数，并连接一待测单元以输出一第一电流，其中待测单元的温度系数与第一温度系数为同号数。电阻具有一第一相反温度系数且第一相反温度系数与第一温度系数为异号数，电阻连接侦测电路以根据第一电流以产生一第一电压。系数调整电路具有一第二温度系数，系数调整电路接收第一电压并根据第一电压及第二温度系数输出一第二电流，其中第一温度系数与第二温度系数为同号数。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的申请专利的范围。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续结合附图加以阐述。

附图说明

图1为现有的温度补偿电路的结构示意图。

图2为本发明第一实施例的温度系数调整电路的结构示意图。

图3为本发明第二实施例的温度系数调整电路的结构示意图。

图4为本发明第三实施例的温度系数调整电路的结构示意图。

图5为本发明第四实施例的温度系数调整电路的电路方块图。

图6为本发明一实施例的温度补偿电路的结构示意图。

主要元件符号说明：

IDC：电流源； RNTC：热敏电阻；

A/D：模数转换器； IC：调整电流源；

IOUT_TC：输出电流； RP：第一热敏电阻；

RN：第二热敏电阻； EA：放大器；

M：晶体管； ITC、Vbg、ITC0：输入信号；

IBPTC：输出电流； VBG：带隙电压参考电路；

BJT：双载子晶体管； Rtc：温度系数元件；

Rtc1：第一温度系数元件； Rtc3：第三温度系数元件

Vbe：导通电压； TCB、TCB3：系数调整电路；

ITCBn：第n系数调整电路； RP1、Rtc2：电阻；

Rt1：第一电阻； Rt2：第二电阻；

Rtn：第n电阻； CM：电流镜电路；

CM1：第一电流镜电路； CM2：第二电流镜电路；

RN2：第二温度系数元件； ITCn：输出信号；

DET：侦测电路； D1：第一侦测端；

D2：第二侦测端； DUT：待测单元；

IDE：第一电流； Vde：跨压；

Vbe：导通电压； ITC1：第一电流；

TCB1、ITCB1：第一系数调整电路；

TCB2、ITCB2：第二系数调整电路；

ITC’、ITC2、ITCC1、ITCC2：放大电流；

RN0：第一负温度系数热敏电阻；

RN1：第二负温度系数热敏电阻。

具体实施方式

图2为本发明第一实施例的温度系数调整电路的结构示意图。请参考图2，温度系数调整电路包含系数调整电路TCB及电流镜电路CM。系数调整电路TCB包含了一第一热敏电阻RP、一放大器EA、一晶体管M以及一第二热敏电阻RN，其中第一热敏电阻RP具有一正温度系数而第二热敏电阻RN具有一负温度系数。系数调整电路TCB接收一输入信号ITC，在本实施例为一电流信号，经过第一热敏电阻RP产生一跨压并输入放大器EA的非反相输入端。晶体管M具有一第一端、一第二端以及一控制端，第一端提供放大电流ITC’，第二端与第二热敏电阻RN连接以产生一信号至放大器EA的反相输入端。放大器EA的输出端与晶体管M的控制端连接。由于放大器EA与晶体管M构成一电压跟随器，故放大器EA的反相输入端与非反相输入端的电压会相同，因此可以得到：

Itc*Rp＝Itc’*Rn；

其中，Itc为输入信号ITC的电流大小、Itc’为放大电流ITC’的电流大小、Rp为第一热敏电阻RP的电阻值以及Rn为第二热敏电阻RN的电阻值。

上式可以改写为：

I tc’＝I tc*(Rp/Rn)；

因此，输入信号ITC的电流以(Rp/Rn)的放大成放大电流ITC’。在本实施例，第二热敏电阻RN的电阻值Rn具有一负温度系数(＜1)，因此会随温度上升而下降，而第一热敏电阻RP的电阻值Rp具有一正温度系数(＞1)，故(Rp/Rn)将比Rp的温度系数高，从而达到放大温度系数的效果。

由于放大电流ITC’的电流方向为流入系数调整电路TCB，对于一些需要电流方向为流出的应用环境，可以如本实施例，连接电流镜电路CM，以提供电流方向为流出的一输出电流IBPTC。构成电流镜电路CM的两个P型金氧半场效应晶体管的通道宽长比为1∶N，故可进一步调整提供的电流大小，以配合不同电流需求。

输入信号ITC可以是一侦测信号或一不随温度变化稳定的信号。若为侦测信号，则通过本发明的温度系数调整电路，可以补偿侦测信号的温度影响，使输出电流IBPTC可以代表不受温度影响的侦测结果。若输入信号ITC为不随温度变化稳定的信号，则输出电流IBPTC为随温度变化的信号，可以提供其他电路对应温度而变化的参考。这些应用可参考下述的其他实施例。

图3为本发明第二实施例的温度系数调整电路的结构示意图。请参考图3，温度系数调整电路包含一带隙电压参考电路(Bandgap reference circuit)VBG、一系数调整电路TCB以及一电流镜电路CM。本实施例与图2所示的实施例不同之处在于系数调整电路TCB。系数调整电路TCB包含一双载子晶体管BJT以及一温度系数元件Rtc。带隙电压参考电路VBG提供一不随温度变化的稳定电压信号至双载子晶体管BJT的基极。双载子晶体管BJT的发射极连接至温度系数元件Rtc。温度系数元件Rtc可以是一负温度系数的热敏电阻。双载子晶体管BJT的导通电压Vbe具有负温度系数，故温度上升时，温度系数元件Rtc的跨压会上升，使流过温度系数元件Rtc的电流随温度上升的斜率(即温度系数)将比温度系数元件Rtc单独造成的斜率还大。因此，双载子晶体管BJT提供的电流，即流过温度系数元件Rtc的电流的温度系数被放大了，再经过电流镜电路CM后产生一输出电流IBPTC。

图4为本发明第三实施例的温度系数调整电路的结构示意图。接下来请参考图4，温度系数调整电路包含一第一系数调整电路TCB1、一电阻RP1、一第二系数调整电路TCB2、一第一电流镜电路CM1以及一第二电流镜电路CM2。第一系数调整电路TCB1具有一第一温度系数元件，在本实施例由一第一负温度系数热敏电阻RN0及一第二负温度系数热敏电阻RN1串联而成。第一系数调整电路TCB1包含了一由放大器及晶体管构成的电压跟随器，以接收由一带隙电压参考电路VBG所产生的输入信号Vbg，使第一温度系数元件上的跨压等于输入信号Vbg的电压，其中输入信号Vbg的电压为不随温度变化的稳定电压。关于电压跟随器的描述请见图2的说明。因此，第一温度系数元件及晶体管会流经一第一电流ITC1，其电流大小为第一温度系数元件的跨压除以第一温度系数元件的电阻值，故第一电流ITC1具有一正温度系数。

第一电流镜电路CM1连接于第一系数调整电路TCB1及电阻RP1之间，以放大第一电流ITC1成为一放大电流ITC2以提供给电阻RP1。在本实施例中，电阻RP1的温度系与第一系数调整电路TCB1中的第一温度系数元件的温度系数互为异号数，也就是电阻RP1的温度系数为正温度系数时，第一温度系数元件的温度系数为负温度系数，反则反之。在本实施例，电阻RP1具有正温度系数。因此，放大电流ITC2流经电阻RP1所产生的电压信号，其温度系数将进一步被提高。而第二系数调整电路TCB2的电路结构与第一系数调整电路TCB1相似，包含由放大器及晶体管构成的电压跟随器以及第二温度系数元件RN2，在本实施例的第二温度系数元件RN2为一负温度系数的热敏电阻，与第一温度系数元件的温度系数为同号数。因此，电阻RP1产生的电压信号的温度系数会被再度提升，并经第二电流镜电路CM2的放大后输出一输出电流IBPTC。

与前述两实施例相比，图4所示的实施例多了电阻RP1及第二系数调整电路TCB2进行温度系数的提升，故本实施例温度系数的提升效果更为明显。

图5为本发明第四实施例的温度系数调整电路的电路方块图。请参考图5，输入信号ITC0经过第一系数调整电路ITCB1、第一电阻Rt1、第二系数调整电路ITCB2、第二电阻Rt2、......、第n系数调整电路ITCBn、第n电阻Rtn的多阶放大后成为输出信号ITCn。第一系数调整电路ITCB1、第二系数调整电路ITCB2、...、第n系数调整电路ITCBn可以为上述实施例中的系数调整电路，且每一系数调整电路的温度系数调整量(即，所输出的信号/所接收的信号)均为同号数。另外，第一电阻Rt1、第二电阻Rt2、...、第n电阻Rtn可视预计输出信号为电压或电流或者后阶的电路能处理的信号种类而决定是否装设。如图2至图4所示系数调整电路为输入电压信号并输出电流信号，因此需通过上述电阻Rt1～Rtn的转换，将输出的电流信号转换成电压信号。

图6为本发明一实施例的温度补偿电路的结构示意图。接着请参考图6，包含一侦测电路DET、一电阻Rtc2以及一系数调整电路TCB3。侦测电路DET具有一第一温度系数元件Rtc1，且通过第一侦测端D1及第二侦测端D2连接一待测单元DUT以输出一第一电流IDE。在本实施例，第一侦测端D1及第二侦测端D2为侦测电路DET中的放大器的两输入端。由于为补偿待测单元DUT随温度变化所造成的跨压Vde变化，故第一温度系数元件Rtc1的温度系数与待测单元的温度系数为同号数，而与电阻Rtc2的温度系数为异号数。第一电流IDE经一第一电流镜电路CM1放大成为放大电流ITCC1后输入电阻Rtc2，以产生一电压信号输入系数调整电路TCB3。系数调整电路TCB3具有一第三温度系数元件Rtc3，第三温度系数元件Rtc3具有与第一温度系数元件Rtc1为同号数的温度系数，并根据电压信号及本身的温度系数而输出电流，并经一第二电流镜电路CM2放大成放大电流ITCC2输出。

待测单元DUT可以是一侦测电阻(例如：使用于反馈控制的电路中的反馈侦测电阻)、一金氧半场效应晶体管的导通电阻、一发光二极管或其他会随温度改变特性表现的电子元件甚至是电路。而本发明的温度补偿电路的等效温度系数可以通过系数调整电路及热敏电阻的温度系数的调整而改变，使其恰为待测单元DUT的温度系数的倒数，藉此补偿后而得到与温度无关的一信号输出。

由于本发明的温度系数调整系通过如放大器、热敏电阻及晶体管等简单的模拟电路及元件来实现，因此电路的构造相当简单，且成本相当低，而且可以随应用环境的不同调整系数调整电路的个数或温度系数，进而得到符合所需的温度补偿效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种温度系数调整电路，其特征在于，包含：

一第一系数调整电路，具有一第一温度系数，所述第一系数调整电路接收一输入信号并根据所述输入信号及所述第一温度系数输出一第一电流；

一第一电阻，具有一第一相反温度系数且所述第一相反温度系数与所述第一温度系数为异号数，所述第一电阻连接所述第一系数调整电路以根据所述第一电流以产生一第一电压；以及

一第二系数调整电路，具有一第二温度系数元件且所述第二温度系数元件具有一第二温度系数，所述第二系数调整电路接收所述第一电压并根据所述第一电压及所述第二温度系数输出一第二电流，其中所述第一温度系数与所述第二温度系数为同号数。

2.根据权利要求1所述的温度系数调整电路，其特征在于，其中所述第一系数调整电路包含：

一第一放大器，具有一第一输入端、一第二输入端及一第一输出端，所述第一输入端接收所述输入信号；

一第一晶体管，具有一第一端、一第二端以及一第一控制端并提供所述第一电流；以及

一第一温度系数元件，具有一第一温度系数电阻，所述第一温度系数电阻连接所述第一晶体管的所述第二端以根据所述第一电流产生一第一温度系数调整信号至所述第一放大器的所述第二输入端；

其中，所述第一放大器根据所述输入信号及所述第一温度系数调整信号输出一第一控制信号至所述第一晶体管的所述第一控制端以调整所述第一电流。

3.根据权利要求1所述的温度系数调整电路，其特征在于，还包含一第一电流镜电路，所述第一电流镜电路连接于所述第一系数调整电路及所述第一电阻之间，并放大所述第一电流以提供给所述第一电阻。

4.根据权利要求3所述的温度系数调整电路，其特征在于，还包含：

一第二电阻，具有一第二相反温度系数且所述第二相反温度系数与所述第二温度系数为异号数，所述第二电阻连接所述第二系数调整电路以根据所述第二电流以产生一第二电压；以及

一第三系数调整电路，具有一第三温度系数元件且所述第三温度系数元件具有一第三温度系数，所述第三系数调整电路接收所述第二电压并根据所述第二电压及所述第三温度系数输出一第三电流，其中所述第二温度系数与所述第三温度系数为同号数。

5.根据权利要求3所述的温度系数调整电路，其特征在于，其中所述第二系数调整电路包含：

一第二放大器，具有一第三输入端、一第四输入端及一第二输出端，所述第三输入端接收所述第一电压；

一第二晶体管，具有一第三端、一第四端以及一第二控制端并提供所述第二电流；以及

所述第二温度系数元件，具有一第二温度系数电阻，所述第二温度系数电阻连接所述第二晶体管的所述第四端以根据所述第二电流产生一第二温度系数调整信号至所述第二放大器的所述第四输入端；

其中，所述第二放大器根据所述第一电压及所述第二温度系数调整信号输出一第二控制信号至所述第二晶体管的所述第二控制端以调整所述第二电流。

6.根据权利要求1所述的温度系数调整电路，其特征在于，其中所述第一系数调整电路包含：

一双载子晶体管，具有一基极、一发射极及一集电极，所述基极接收所述输入信号并于所述集电极提供所述第一电流；以及

一第一温度系数元件，连接所述双载子晶体管的所述发射极。

7.一种温度补偿电路，其特征在于，包含：

一侦测电路，具有一第一温度系数并连接一待测单元以输出一第一电流，其中所述待测单元的温度系数与所述第一温度系数为同号数；

一第一电阻，具有一第一相反温度系数且所述第一相反温度系数与所述第一温度系数为异号数，所述第一电阻连接所述侦测电路以根据所述第一电流以产生一第一电压；以及

一系数调整电路，具有一第二温度系数，所述系数调整电路接收所述第一电压并根据所述第一电压及所述第二温度系数输出一第二电流，其中所述第一温度系数与所述第二温度系数为同号数。

8.根据权利要求7所述的温度补偿电路，其特征在于，其中所述侦测电路包含：

一第一放大器，具有一第一输入端、一第二输入端及一第一输出端，所述第一输入端连接所述待测单元的一端；

一第一温度系数元件，连接所述第一晶体管的所述第二端及所述待测单元的另一端以根据所述第一电流产生一第一温度系数调整信号至所述第一放大器的所述第二输入端以调整所述第一电流。

9.根据权利要求7所述的温度补偿电路，其特征在于，还包含一第一电流镜电路，所述第一电流镜电路连接于所述侦测电路及所述第一电阻之间，并放大所述第一电流以提供给所述第一电阻。

10.根据权利要求9所述的温度补偿电路，其特征在于，还包含一第二电阻，具有一第二相反温度系数且所述第二相反温度系数与所述第二温度系数为异号数，所述第二电阻连接所述系数调整电路以根据所述第二电流以产生一第二电压。

11.根据权利要求9所述的温度补偿电路，其特征在于，其中所述系数调整电路包含：

第二温度系数元件，具有一第二温度系数电阻，所述第二温度系数电阻连接所述第二晶体管的所述第四端以根据所述第二电流产生一第二温度系数调整信号至所述第二放大器的所述第四输入端；

12.根据权利要求7所述的温度补偿电路，其特征在于，其中所述侦测电路包含：

一双载子晶体管，具有一基极、一发射极及一集电极，所述基极连接所述待测单元的一端并于所述集电极提供所述第一电流；以及

一第一温度系数元件，连接所述双载子晶体管的所述发射极及所述待测单元的另一端。