CN102175347B - 温度传感器的校准方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路，公开了一种温度传感器的校准方法及其系统。通过只调节温度检测电路和基准电路中的一个电路，使得在校准温度下模数转换电路的输出等于理想值，即调整温度检测电路和基准电路中的一个电路的偏差同时消除了温度检测电压偏差和基准电压偏差对温度传感器输出结果的影响，从而达到提高温度传感器精度的目的。而且由于不需要对温度检测电路和基准电路都进行校准，在实现上更为简单。

Description

温度传感器的校准方法及其系统

技术领域

本发明涉及集成电路，特别涉及集成电路中的温度传感器。

背景技术

集成电路的温度传感器的应用非常广泛，其作用主要有以下两点：

(1)检测芯片工作环境的温度，使得芯片工作在一定的温度范围以内，如微控制单元(micro control unit，简称“mcu”)，低压差线性调制器(lowdropout regultaor，简称“ldo”)等；

(2)芯片中的某些电路(如晶体振荡器)的性能参数会随温度的变化而变化，精确的温度检测可以更好的补偿这些电路的特性。

一般来说，片内温度传感器由三部分组成：温度检测电路、基准电路、模数转换(analog to digital converter，简称“ADC”)电路，如图1所示。温度检测电路的功能是将当时环境温度反映到一个随温度成正比变化的模拟量V_PTAT上，该模拟量通常是两个三极管BE结电压差ΔV_BE的整数倍。基准电路产生不随温度变化的固定电压值V_REF。ADC电路的架构一般采用逐次逼近寄存器(successive approximation register，简称“sar”)ADC电路和∑-Δ(sigma-delta)ADC电路，其作用是将以上两个模拟量的比值转换成数字量输出：

AD_OUT＝V_PTAT/V_REF＝KΔV_BE/V_REF         (1)

由于在生产、封装等环节过后，温度检测电路和基准电路的输出均存在偏差，导致ADC电路的输出不再是理想值。因此需要对温度传感器进行校准。从校准点数来讲，常用的校准方法分为单点校准和双点校准。单点校准即在单个温度点下对电路进行校准。双点校准即在两个温度点下进行校准。由于双点校准消耗的时间和资源较大，会大大增加芯片的制造成本，一般不采用此种方法。单点校准又分以下两种方法：

(1)固定失调校准。将某温度下测量值和实际温度值之差作为失调，在之后的温度测量时，将测量值减去失调即为校正后的温度值。但是，当温度检测电路的输出电压存在较大的随温度变化的偏差，即随温度成正比(Proportion To Absolute Temperature，简称“PTAT”)的偏差时，固定失调校准无法纠正PTAT偏差，用此种方法对高精度温度传感器进行校准需要较高精度的温度检测电路，这样就会增加此模块电路的设计难度。

(2)温度检测电路和基准电路分别校准。将温度检测电路的输出电压和基准电路的输出电压均分别校正到系统要求的精度以内，则其比值也就更加准确，检测温度精度更高。但是分别校准无疑又会增加芯片的测试成本，因此这种方法并不实用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度传感器的校准方法及其系统，能在很大程度上降低系统对温度检测电路和基准电路精度的要求，并且实现简单。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种温度传感器的校准方法，包含以下步骤：

获取校准温度点T_c下模数转换电路的理想输出值AD_out0(T_c)；

在T_c下实际检测模数转换电路的实际输出值；

通过调节温度检测电路或基准电路，将模数转换电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)，完成对温度传感器的校准。

本发明的实施例还提供了一种温度传感器的校准系统，包含模数转换电路、温度检测电路和基准电路，还包含理想输出值获取模块、实际检测模块和校准模块；

所述理想输出值获取模块用于获取校准温度点T_c下模数转换电路的理想输出值AD_out0(T_c)，并将获取的AD_out0(T_c)发送至所述校准模块；

所述实际检测模块用于在所述T_c下实际检测模数转换电路的实际输出值，并将检测的实际输出值发送至所述校准模块；

所述校准模块用于调节温度检测电路或基准电路，将实际检测模块检测到的模数转换电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)，完成对温度传感器的校准。

进一步地，可以通过调节电流镜比例，或电容比例，或电阻比例等方式，实现对温度检测电路的调节；通过调节基准电路中所包含的电阻大小，或电流大小等方式，实现对基准电路的调节。

进一步地，在通过调节温度检测电路或基准电路将模数转换电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)之前，还需消除温度检测电路中的固定失调电压。

进一步地，通过计算机仿真，获取AD_out0(T_c)。

本发明实施例与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

不需要对温度检测电路和基准电路都进行校准，而是根据校准温度点T_c下模数转换电路的理想输出值AD_out0(T_c)，只调节温度检测电路或者只调节基准电路，将模数转换电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)，即可完成对温度传感器的校准。通过只调节温度检测电路和基准电路中的一个电路，使得在校准温度下模数转换电路的输出等于理想值，即调整温度检测电路和基准电路中的一个电路的偏差同时消除了温度检测电压偏差和基准电压偏差对温度传感器输出结果的影响，从而达到提高温度传感器精度的目的。而且由于不需要对温度检测电路和基准电路都进行校准，在实现上更为简单。尤其适用于温度检测电路精度较低，基准电路精度较高，或者，温度检测电路和基准电路的精度均较低的情况。

另外，可以通过调节电流镜比例，或电容比例，或电阻比例等方式，实现对温度检测电路的调节；通过调节基准电路中所包含的电阻大小，或电流大小等方式，实现对基准电路的调节，使得本发明的实施例可灵活多变地实现。

另外，由于温度检测电路中存在的偏差还可能包含固定失调电压，因此通过对温度检测电路中固定失调电压的消除，可进一步保证校准后的温度传感器的精度。

另外，通过计算机仿真，获取AD_out0(T_c)，保证了模数转换电路的理想输出值的准确性。

附图说明

图1是根据现有技术中的温度传感器结构示意图；

图2是根据本发明第一实施例的温度传感器的校准方法流程图；

图3是根据本发明第一实施例中温度检测电路存在的偏差电压示意图；

图4是根据本发明第一实施例中调节温度检测电路的输出电压斜率的示意图；

图5是根据本发明第一实施例中的温度检测电路结构示意图；

图6是根据本发明第二实施例中的基准电路结构示意图；

图7是根据本发明第三实施例的温度传感器的校准系统结构图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作进一步地详细描述。

本发明的核心在于，获取校准温度点T_c下模数转换电路的理想输出值AD_out0(T_c)；在T_c下实际检测模数转换电路的实际输出值；通过调节温度检测电路或基准电路，将模数转换电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)，即可完成对温度传感器的校准。

本发明第一实施例涉及一种温度传感器的校准方法，本实施例中温度传感器的组成结构与现有技术相同，由温度检测电路、基准电路、模数转换电路(即ADC电路)组成。

具体流程如图2所示，在步骤210中，消除温度检测电路中的固定失调电压。本领域技术人员可以理解，理想情况下，大多数温度检测电路输出电压的表达式为：

其中，为ΔV_BE的放大倍数，V_T＝kT/q为热电压，T为绝对温度，q为单位电荷的电量，k为玻耳兹曼常数，N为两个三极管发射极面积的比例，

是V_PTAT0随绝度温度T变化的斜率，与温度无关。

从理想情况的表达式可以得出，在绝对零度下，温度检测输出电压为零。但在实际情况下，由于工艺制造、封装等环节的作用，温度检测电路的输出电压不可避免地存在偏差，主要包含固定失调电压和PTAT偏差电压两种，如图3所示。固定失调电压即为Vos，其本身不随温度变化；PTAT偏差即为ΔV_PTAT，与理想情况下温度检测电路的理想输出电压V_PTAT0相同，也是与绝对温度成正比。需要指出的是，V_PTAT0和ΔV_PTAT在绝对零度下电压均为0。于是实际中的温度检测电压表达式变为：

V_PTAT＝V_PTAT0+Vos+ΔV_PTAT

一般情况下，固定失调电压是普遍存在的，特别是在温度检测电路中使用了运算放大器的情况下。因此，在本步骤中，需要消除温度检测电路中的固定失调电压，可以通过斩波(chopper)电路和自归零技术(Auto-ZeroingTechnique)来消除固定失调对温度检测电路的影响。具体实现方式属于现有技术，可参见美国专利US7170338中介绍的几种通过斩波消除失调的方式；美国专利US5982221，US6019508等文献中介绍的采用自归零放大器消除运放失调的方式，在此不再赘述。因此通过对温度检测电路中固定失调电压的消除，可进一步保证校准后的温度传感器的精度。

在步骤220中，获取校准温度点T_c下ADC电路的理想输出值AD_out0(T_c)。

具体地说，在理想情况下，电路没有失配，此时温度传感器中温度检测电路、基准电路和ADC电路的输出分别为V_PTAT0、V_REF0和AD_out0。温度为T_c时，三者的输出分别为V_PTAT0(T_c)、V_REF0(T_c)和AD_out0(T_c)。在本步骤中，可通过计算机仿真，获取T_c下温度检测电路、基准电路和ADC电路的理想输出值：V_PTAT0(T_c)、V_REF0(T_c)和AD_out0(T_c)。通过计算机仿真，获取AD_out0(T_c)，保证了模数转换电路的理想输出值的准确性。

需要说明的是，步骤210和步骤220并没有明确的先后顺序，步骤220也可在步骤210之前执行，还可以与步骤210并列执行。

在步骤230中，在校准温度点T_c下实际检测ADC电路的实际输出值。由于在生产、封装等环节过后，温度检测电路的输出电压和基准电路的输出电压均存在偏差，此时在温度T_c下，ADC电路的输出已经不是AD_out0(T_c)。

接着，在步骤240中，通过调节温度检测电路或基准电路，将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)。在本实施例中，通过调节温度检测电路将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)。通过调节基准电路将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)的方式，将在后续的实施例中进行描述。

由于消除了固定失调电压，温度检测电路中存在的偏差就只剩下ΔV_PTAT，上文提到V_PTAT0和ΔV_PTAT均与绝对度温度成正比，且在绝对零度下电压均为0。因此，温度检测电路的调节，实际上就是调节温度检测电路的输出电压的斜率。

本领域技术人员可以理解，对于基准电路，忽略其温度特性，仅仅考虑其初始精度对温度传感器的影响，对于某个芯片来说基准电路的输出电压偏差ΔV_REF为固定值。如图4所示，图4中实线为V_REF0、V_p0、V_CM0和V_N0，V_REF0为理想情况下的基准电路的输出电压，V_p0、V_CM0和V_N0是V_REF0的电阻分压，此三个电压输出给sar ADC电路(此处该ADC架构采用的是N位sar ADC电路，实际中也可以采用∑-ΔADC电路)。此ADC电路的满量程(Full Scale，简称“FS”)FS₀＝V_P0-V_N0＝αV_REF0，共模偏置V_CM0＝βV_REF0，α为模数转换电路中模数转换器的满量程与基准电压的比例，β为模数转换器共模电平与基准电压的比例，α、β均通过电阻分压实现，不受工艺、封装影响(电阻失配可以做的很小，此处忽略不计)。V_PTAT0为理想情况下温度检测电路的输出电压，可以通过仿真得出。在校准温度点T_c下，V_PTAT0(T_c)＝V_CM0，此时ADC电路的输出为AD_out0(T_c)。

而在实际情况下的基准电路的输出电压为V_REF1，其分压也分别变为V_p1、V_CM1和V_N1(如图4中虚线所示)，满量程和共模偏置分别变为FS₁＝V_P1-V_N1＝αV_REF1，V_CM1＝βV_REF1。此时在校准温度T_c下，由于基准电路的输出电压和温度检测电路的输出电压V′_PTAT1与理想值存在一定的偏差，ADC电路的输出AD′_OUT1(T_c)≠AD_OUT0(T_c)。

因此，在本步骤通过调节温度检测电路的输出电压的斜率，使得ADC电路的输出等于理想情况下ADC电路的输出AD_out0(T_c)。经计算，斜率的改变量Δk为：

$\mathrm{\Δk}=({\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}0}\left(T_C\right)-{\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}1}^{\′}\left(T_C\right))\×\frac{{\mathrm{FS}}_1}{2^N}\×\frac{1}{T_C}=\frac{\mathrm{\α}{V}_{\mathrm{REF}1}}{2^N}\×\frac{1}{T_C}\×({\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}0}\left(T_C\right)-{\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}1}^{\′}\left(T_C\right))$

其中，AD′_out1(T_c)为未调节温度检测电路之前在T_c下实际检测到的ADC电路的实际输出值，N为ADC的位数。

对温度检测电路调节后，温度检测电路的输出电压以V_PTAT1表示，ADC电路的输出以AD_OUT1表示，并且有AD_OUT1(T_C)＝AD_OUT0(T_C)。

通过对温度检测电路的调节，将ADC电路的输出调整为理想情况下ADC电路的输出AD_out0(T_c)后，即可完成对温度传感器的校准。下面通过数学推导来证明在T_c+ΔT温度下，温度传感器仍能满足高精度的要求，即AD_OUT1(T_C+ΔT)＝AD_OUT0(T_C+ΔT)：

令V_PTAT0＝k0×T、V_PTAT1＝k1×T，其斜率分别为：

$k_0=\frac{\mathrm{Vcm}0}{\mathrm{Tc}}=\frac{\mathrm{\β}\×V_{\mathrm{REF}0}}{\mathrm{Tc}},k_1=\frac{\mathrm{Vcm}1}{\mathrm{Tc}}=\frac{\mathrm{\β}\×V_{\mathrm{REF}1}}{\mathrm{Tc}}$

N位ADC电路中一个最低有效位(Least Significant Bit，简称“LSB”)电压为：

LSB₀＝FS₀/2^N，LSB₁＝FS₁/2^N

于是有下面的式子：

${\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}0}(T_C+\mathrm{\ΔT})-{\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}0}\left(T_C\right)=\frac{V_{\mathrm{PTAT}0}(T_C+\mathrm{\ΔT})-V_{\mathrm{PTAT}0}\left(T_C\right)}{{\mathrm{LSB}}_0}=\frac{k_0\×\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\α}\×V_{\mathrm{REF}0}}\×2^N$

${\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}1}(T_C+\mathrm{\ΔT})-{\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}0}\left(T_C\right)=\frac{V_{\mathrm{PTAT}1}(T_C+\mathrm{\ΔT})-V_{\mathrm{PTAT}1}\left(T_C\right)}{{\mathrm{LSB}}_1}=\frac{k_1\×\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\α}\×V_{\mathrm{REF}1}}\×2^N$

根据上述公式：

可以得到结论：

AD_OUT1(T_C+ΔT)＝AD_OUT0(T_C+ΔT)

由此可见，利用本实施例中的调节温度检测电路使得在校准温度下ADC电路的输出等于理想值(通常为计算机仿真值)的方式，可以使温度传感器的输出结果不受基准电压偏差和温度检测电压偏差的影响，从而达到高精度检测的目的。而且由于不需要对温度检测电路和基准电路都进行校准，在实现上更为简单。尤其适用于温度检测电路精度较低，基准电路精度较高，或者，温度检测电路和基准电路的精度均较低的情况。

值得一提的是，对温度检测电路的输出电压的斜率调节，可以通过调节温度检测电路中的各种影响输出电压斜率的因素实现，如通过调节温度检测电路中包含的电流镜比例实现，或者，通过调节温度检测电路中包含的电容比例或电阻比例实现，或者，通过调节温度检测电路中包含的电流镜比例、电阻比例、电容比例的任意组合实现。如图5所示的一个常用的温度检测电路，可以通过调节电流镜50、51的比例，实现温度检测电路的输出电压的斜率调节；也可以通过调节电容52、53的比例，实现温度检测电路的输出电压的斜率调节。当然，温度检测电路的输出电压的斜率，还可以通过其他方式实现，在此不一一赘述。

本发明第二实施例涉及一种温度传感器的校准方法，本实施例与第一实施例大致相同，主要区别之处在于：在第一实施例中，是通过调节温度检测电路，将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)，完成对温度传感器的校准。而在本实施例中，是通过调节基准电路，将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)，完成对温度传感器的校准。

具体地说，在利用计算机仿真，获取AD_out0(T_c)后，可以通过调节基准电路中影响基准电压值但不影响基准温度系数的因素(如电阻大小和/或电流大小等)，在不改变基准温度系数的前提下改变基准电路的输出电压，将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)。其中，基准电路的输出电压的改变量ΔV_REF为：

$\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{REF}}=({\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}0}\left(T_C\right)-{\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}1}^{\′}\left(T_C\right))\×\frac{{\mathrm{FS}}_1}{2^N}\×\frac{1}{\mathrm{\β}}=\frac{\mathrm{\α}{V}_{\mathrm{REF}1}}{2^N}\×\frac{1}{\mathrm{\β}}\×({\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}0}\left(T_C\right)-{\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}1}^{\′}\left(T_C\right))$

其中，V_REF1为基准电路在T_c下的实际输出电压，α为模数转换器的满量程与基准电压的比例，β为模数转换器共模电平与基准电压的比例，α、β均通过电阻分压实现，AD′_out1(T_c)为未调节温度检测电路之前在T_c下检测到的模数转换电路的实际输出值，N为模数转换器的位数。

如图6所示的一个常用的基准电路，通过调节可变电阻41的大小，可以实现在不改变基准温度系数的前提下改变基准电压，使得ADC电路的实际输出值与AD_out0(T_c)相同。

在T_c+ΔT温度下，温度传感器仍能满足高精度要求的数学证明过程，与前文温度检测电压斜率校正基本相同，在此不做赘述。

此外，本领域技术人员可以理解，调节阻值大小只是一种具体的调节基准电路的实施例，在实际应用中，也可以通过其他方式改变基准电路的输出电压，将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)。

本发明的各方法实施例均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

本发明第三实施例涉及一种温度传感器的校准系统，如图7所示，包含用于将环境温度反映到一个随温度成正比变化的模拟量V_PTAT的温度检测电路、用于产生不随温度变化的固定电压值VREF的基准电路，和用于将V_PTAT和V_REF的比值转换成数字量输出的模数转换电路，该温度传感器的校准系统还包含：

理想输出值获取模块，用于获取校准温度点T_c下模数转换电路的理想输出值AD_out0(T_c)。该理想输出值获取模块可利用计算机仿真获取AD_out0(T_c)，并将获取的AD_out0(T_c)发送至校准模块。

实际检测模块，用于在T_c下实际检测模数转换电路的实际输出值，并将检测的实际输出值发送至校准模块。

校准模块，用于调节温度检测电路或基准电路，将实际检测模块检测到的模数转换电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)，完成对温度传感器的校准。在本实施例中，该校准模块调节温度检测电路将实际检测模块检测到的模数转换电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)。

该校准模块在调节温度检测电路将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)时，通过调节温度检测电路的输出电压的斜率，将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)。其中，温度检测电路的输出电压的斜率改变量

$\mathrm{\Δk}=\frac{\mathrm{\α}{V}_{\mathrm{REF}1}}{2^N}\×\frac{1}{T_C}\×({\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}0}\left(T_C\right)-{\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}1}^{\′}\left(T_C\right))$

其中，V_REF1为基准电路在T_c下的实际输出电压，α为模数转换电路中模数转换器的满量程与基准电压的比例，α通过电阻分压实现，AD′_out1(T_c)为未调节温度检测电路之前在T_c下检测到的模数转换电路的实际输出值，N为模数转换器的位数。

具体地说，该校准模块包含电压斜率调节子模块，用于调节温度检测电路中影响输出电压斜率的因素，如电流镜比例、电阻比例、电容比例等，改变温度检测电路的输出电压斜率，从而实现对温度传感器的校准。

值得一提的是，本实施例中的温度传感器的校准系统还包含：失调消除模块，用于消除温度检测电路中的固定失调电压。该校准模块在失调消除模块完成固定失调电压的消除后，调节温度检测电路或基准电路，将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)。

不难发现，本实施例是与第一实施例相对应的系统实施例，本实施例可与第一实施例互相配合实施。第一实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在第一实施例中。

本发明第四实施例涉及一种温度传感器的校准系统，本实施例与第三实施例大致相同，主要区别之处在于：在第三实施例中，校准模块是通过调节温度检测电路，将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)，完成对温度传感器的校准。而在本实施例中，校准模块是通过调节基准电路，将ADC电路的实际输出值调整为AD_out0(T_c)，完成对温度传感器的校准。其中，基准电路的输出电压的改变量为：

$\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{REF}}=\frac{\mathrm{\α}{V}_{\mathrm{REF}1}}{2^N}\×\frac{1}{\mathrm{\β}}\×({\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}0}\left(T_C\right)-{\mathrm{AD}}_{\mathrm{OUT}1}^{\′}\left(T_C\right))$

其中，V_REF1为基准电路在T_c下的实际输出电压，α为模数转换器的满量程与基准电压的比例，β为模数转换器共模电平与基准电压的比例，α、β均通过电阻分压实现，AD′_out1(T_c)为未调节温度检测电路之前在T_c下检测到的模数转换电路的实际输出值，N为模数转换器的位数。

在本实施例中，该校准模块包含电压调节子模块，用于在调节基准电路将模数转换电路的实际输出值调整为AD_ou0(T_c)时，调节基准电路中影响基准电压值但不影响基准温度系数的因素(电阻阻值、电流大小等)，在不改变基准温度系数的前提下改变基准电路的输出电压，将ADC电路的实际输出值调整为理想值。

不难发现，本实施例是与第二实施例相对应的系统实施例，本实施例可与第二实施例互相配合实施。第二实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在第二实施例中。

在本发明的各实施例中，通过只调节温度检测电路和基准电路中的一个电路，使得在校准温度下模数转换电路的输出等于理想值，即调整温度检测电路和基准电路中的一个电路的偏差同时消除了温度检测电压偏差和基准电压偏差对温度传感器输出结果的影响，从而达到提高温度传感器精度的目的。而且由于不需要对温度检测电路和基准电路都进行校准，在实现上更为简单。尤其适用于温度检测电路精度较低，基准电路精度较高，或者，温度检测电路和基准电路的精度均较低的情况。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种温度传感器的校准方法，其特征在于，包含以下步骤：

获取校准温度点T_c下模数转换电路的理想输出值AD_out0(T_c)；

在所述校准温度点T_c下实际检测模数转换电路的实际输出值；

通过调节温度检测电路，将所述模数转换电路的实际输出值调整为所述理想输出值AD_out0(T_c)，完成对温度传感器的校准，其中，

调节温度检测电路的输出电压的斜率，所述温度检测电路的输出电压的斜率改变量Δk，根据以下公式得到：

$\mathrm{\Δk}=\frac{{\mathrm{\αV}}_{\mathrm{REF}1}}{2^N}\×\frac{1}{T_C}\×({\mathrm{AD}}_{\mathrm{out}0}\left(T_C\right)-{{\mathrm{AD}}^{,}}_{\mathrm{out}1}\left(T_C\right));$

其中，V_REF1为基准电路在校准温度点T_c下的实际输出电压，α为所述模数转换电路中模数转换器的满量程与基准电压的比例，所述α通过电阻分压实现，AD’_out1(T_c)为未调节所述温度检测电路之前在校准温度点T_c下检测到的模数转换电路的实际输出值，N为所述模数转换器的位数。

2.根据权利要求1所述的温度传感器的校准方法，其特征在于，

通过调节所述温度检测电路中影响输出电压斜率的因素，对温度检测电路的输出电压的斜率进行调节；

其中，所述影响输出电压斜率的因素包含以下因素之一或其任意组合：电流镜比例、电阻比例、电容比例。

3.根据权利要求1或2所述的温度传感器的校准方法，其特征在于，在所述校准温度点T_c下实际检测模数转换电路的实际输出值的步骤之前，还包含以下步骤：

消除所述温度检测电路的输出电压中包含的固定失调项，使该输出电压不但随温度成正比，并且使该输出电压在绝对零度下的电压值为零。

4.一种温度传感器的校准方法，其特征在于，包含以下步骤：

获取校准温度点T_c下模数转换电路的理想输出值AD_out0(T_c)；

在所述校准温度点T_c下实际检测模数转换电路的实际输出值；

通过调节基准电路，将所述模数转换电路的实际输出值调整为所述理想输出值AD_out0(T_c)，完成对温度传感器的校准，其中，

调节基准电路的输出电压，所述基准电路的输出电压的改变量ΔV_REF，根据以下公式得到：

${\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{REF}}=\frac{{\mathrm{\αV}}_{\mathrm{REF}1}}{2^N}\×\frac{1}{\mathrm{\β}}\×({\mathrm{AD}}_{\mathrm{out}0}\left(T_C\right)-{{\mathrm{AD}}^{,}}_{\mathrm{out}1}\left(T_C\right));$

其中，V_REF1为所述基准电路在校准温度点T_c下的实际输出电压，α为所述模数转换电路中模数转换器的满量程与基准电压的比例，β为所述模数转换器共模电平与基准电压的比例，α、β均通过电阻分压实现，AD’_out1(T_c)为未调节所述基准电路之前在校准温度点T_c下检测到的模数转换电路的实际输出值，N为所述模数转换器的位数。

5.根据权利要求4所述的温度传感器的校准方法，其特征在于，

通过调节基准电路中影响基准电压值但不影响基准温度系数的因素，在不改变基准温度系数的前提下改变所述基准电路的输出电压，将所述模数转换电路的实际输出值调整为所述理想输出值AD_out0(T_c)；

其中，所述影响基准电压值但不影响基准温度系数的因素包含电阻阻值和/或电流大小。

6.根据权利要求4或5所述的温度传感器的校准方法，其特征在于，在所述校准温度点T_c下实际检测模数转换电路的实际输出值的步骤之前，还包含以下步骤：

消除所述温度检测电路的输出电压中包含的固定失调项，使该输出电压不但随温度成正比，并且使该输出电压在绝对零度下的电压值为零。

7.一种温度传感器的校准系统，包含用于将环境温度反映到一个随温度成正比变化的模拟量V_PTAT的温度检测电路、用于产生不随温度变化的固定电压值V_REF的基准电路，和用于将所述V_PTAT和所述V_REF的比值转换成数字量输出的模数转换电路，其特征在于，还包含理想输出值获取模块、实际检测模块和校准模块；

所述理想输出值获取模块用于获取校准温度点T_c下所述模数转换电路的理想输出值AD_out0(T_c)，并将获取的理想输出值AD_out0(T_c)发送至所述校准模块；

所述实际检测模块用于在所述校准温度点T_c下实际检测所述模数转换电路的实际输出值，并将检测的实际输出值发送至所述校准模块；

所述校准模块用于调节温度检测电路，将所述实际检测模块检测到的所述模数转换电路的实际输出值调整为所述理想输出值AD_out0(T_c)，完成对温度传感器的校准；

所述校准模块在调节温度检测电路将所述模数转换电路的实际输出值调整为所述理想输出值AD_out0(T_c)时，调节温度检测电路的输出电压的斜率，将所述模数转换电路的实际输出值调整为所述理想输出值AD_out0(T_c)；

其中，所述温度检测电路的输出电压的斜率改变量 $\mathrm{\Δk}=\frac{{\mathrm{\αV}}_{\mathrm{REF}1}}{2^N}\×\frac{1}{T_C}\×({\mathrm{AD}}_{\mathrm{out}0}\left(T_C\right)-{{\mathrm{AD}}^{,}}_{\mathrm{out}1}\left(T_C\right)),$ 其中，V_REF1为所述基准电路在校准温度点T_c下的实际输出电压，α为所述模数转换电路中模数转换器的满量程与基准电压的比例，所述α通过电阻分压实现，AD′_out1(T_c)为未调节所述温度检测电路之前在校准温度点T_c下检测到的模数转换电路的实际输出值，N为所述模数转换器的位数。

8.根据权利要求7所述的温度传感器的校准系统，其特征在于，

所述校准模块包含电压斜率调节子模块，用于调节所述温度检测电路中影响输出电压斜率的因素；

其中，所述影响输出电压斜率的因素包含以下因素之一或其任意组合：电流镜比例、电阻比例、电容比例。

9.根据权利要求7或8所述的温度传感器的校准系统，其特征在于，所述温度检测电路还包含：

失调消除模块，用于消除所述温度检测电路中的固定失调电压；

所述校准模块是在所述消除模块完成所述固定失调电压的消除后，调节温度检测电路或基准电路，将所述模数转换电路的实际输出值调整为所述AD_out0(T_c)。

10.一种温度传感器的校准系统，包含用于将环境温度反映到一个随温度成正比变化的模拟量V_PTAT的温度检测电路、用于产生不随温度变化的固定电压值V_REF的基准电路，和用于将所述V_PTAT和所述V_RER的比值转换成数字量输出的模数转换电路，其特征在于，还包含理想输出值获取模块、实际检测模块和校准模块；

所述理想输出值获取模块用于获取校准温度点T_c下所述模数转换电路的理想输出值AD_out0(T_c)，并将获取的理想输出值AD_out0(T_c)发送至所述校准模块；

所述实际检测模块用于在所述校准温度点T_c下实际检测所述模数转换电路的实际输出值，并将检测的实际输出值发送至所述校准模块；

所述校准模块用于调节基准电路，将所述实际检测模块检测到的所述模数转换电路的实际输出值调整为所述理想输出值AD_out0(T_c)，完成对温度传感器的校准；

所述校准模块在调节基准电路将所述模数转换电路的实际输出值调整为所述理想输出值AD_out0(T_c)时，调节基准电路的输出电压值，将所述模数转换电路的实际输出值调整为所述理想输出值AD_out0(T_c)；

其中，所述基准电路的输出电压的改变量 ${\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{REF}}=\frac{{\mathrm{\αV}}_{\mathrm{REF}1}}{2^N}\×\frac{1}{\mathrm{\β}}\×({\mathrm{AD}}_{\mathrm{out}0}\left(T_C\right)-{{\mathrm{AD}}^{,}}_{\mathrm{out}1}\left(T_C\right)),$ V_REF1为所述基准电路在T_c下的实际输出电压，α为所述模数转换电路中模数转换器的满量程与基准电压的比例，β为所述模数转换器共模电平与基准电压的比例，α、β均通过电阻分压实现，AD′_out1(T_c)为未调节所述温度检测电路之前在校准温度点T_c下检测到的模数转换电路的实际输出值，N为所述模数转换器的位数。

11.根据权利要求10所述的温度传感器的校准系统，其特征在于，

所述校准模块包含电压调节子模块，用于在调节基准电路将所述模数转换电路的实际输出值调整为所述理想输出值AD_out0(T_c)时，调节基准电路中影响基准电压值但不影响基准温度系数的因素，在不改变基准温度系数的前提下改变所述基准电路的输出电压，将所述模数转换电路的实际输出值调整为所述理想输出值AD_out0(T_c)；

其中，所述影响基准电压值但不影响基准温度系数的因素包含电阻阻值和/或电流大小。

12.根据权利要求10或11所述的温度传感器的校准系统，其特征在于，所述温度检测电路还包含：

失调消除模块，用于消除所述温度检测电路中的固定失调电压；

所述校准模块是在所述消除模块完成所述固定失调电压的消除后，调节温度检测电路或基准电路，将所述模数转换电路的实际输出值调整为所述AD_out0(T_c)。

Images