CN102288322B - 差分热敏电阻器电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提供温度信息的装置和方法。在示例中，集成电路装置可以包括：第一电阻器，配置为耦接至温度敏感电阻的第一端子；第二电阻器，配置为耦接至温度敏感电阻的第二端子；以及温度信息电路，配置为从温度敏感电阻的第一端子接收第一电压并从温度敏感电阻的第二端子接收第二电压。温度信息电路可以使用第一和第二电压来提供温度信息。

Description

差分热敏电阻器电路

技术领域

本发明涉及差分热敏电阻器电路。

背景技术

电阻器是两个端子的电子部件，其在两个端子之间产生与经由端子的电流成比例的电压。欧姆定律定义了电阻器的阻值为在端子之间产生的电压与流经端子的电流之比。热敏电阻器是一种电阻值随温度而改变的电阻器。因此，热敏电阻器的端子之间的电压随温度以及流经端子的电流而改变。

发明内容

本文论述了一种使用来自热敏电阻器的第一和第二端子的第一和第二电压来提供温度指示的装置和方法，包括提供第一电阻器和第二电阻器，其中第一电阻器被配置为耦接至热敏电阻器的第一端子，第二电阻器被配置为耦接至热敏电阻器的第二端子。

该发明内容部分旨在提供对本专利申请的主题内容的概述，而不是要提供对本发明的排他性或穷尽性的说明。本文包括具体描述，以提供本专利申请的其他有关信息。

附图说明

附图并不一定是按照比例绘制的，在附图中，类似附图标记可以描述不同视图中的类似部件。具有不同字母后缀的类似附图标记可以表示类似部件的不同实例。附图总体上通过示例而非限制性地示出了本文中论述的多种实施例。

图1A-1C总体上示出了单端热敏电阻器信息的示例，包括热敏电阻器电压、滤波后热敏电阻器电压以及通用串行总线(USB)数据。

图2总体上示出了差分热敏电阻器电路的示例。

图3总体上示出了差分热敏电阻器处理电路的示例。

图4总体上示出了备选的热敏电阻器处理电路的示例。

图5总体上示出了备选的热敏电阻器处理电路的示例。

具体实施方式

本申请发明人已经认识到一种集成热敏电阻器感测电路，被配置为以差分方式感测外部热敏电阻器上的电压，以与基准电压相比较。在示例中，可以使用例如集成热敏电阻器感测电路外部的电阻器等电阻器来确定基准电压。此外，可以将热敏电阻器的电阻值与基准电阻值(例如，外部电阻器)相比较。在一些示例中，相比于对热敏电阻器上的电压的非差分感测，对热敏电阻器上的电压的差分感测能够提供增强的信号完整性，或者能够提供对增强的信号完整性技术的使用，从而允许在噪杂环境中的更广泛应用。

在示例中，可以利用在热敏电阻器上强行施加的电压以及一个或多个串联或并联的外部电阻器，采用单端形式来感测热敏电阻器。在一些示例中，可以利用大电容器来去除一部分噪声，从而能够绕过单端实施方式。然而，这种实施方式会有较高的功率成本和较长的稳定时间。

图1A-1C总体上示出了单端热敏电阻器信息的示例，包括热敏电阻器电压101、滤波后的热敏电阻器电压102、以及通用串行总线(USB)数据103。在示例中，热敏电阻器电压101示意了由于至单端热敏电阻器输入上的数据串扰而导致的噪声。在一些示例中，可以(例如使用大电容器等)对热敏电阻器电压进行滤波。滤波后的热敏电阻器电压102示意了对热敏电阻器输入进行滤波能够减小噪声的幅度。然而，这种减小对于精确温度测量而言可能是不够的。噪声源可以包括例如USB数据103。

相反，本文公开的热敏电阻器感测电路可以包括热敏电阻器的正和负端上的等同或实质上等同的阻抗，以降低耦合至热敏电阻器感测输入的共模噪声的水平。可以使用差分放大器和基准电压来将热敏电阻器上的电压与基准电阻值相比较，或者可以将差分电压转换为接地基准(ground referenced)电压，并且可以在接地基准电压与一个或多个其他接地基准电压之间进行比较。

图2总体上示出了差分热敏电阻器电路200的示例。在一些示例中，集成电路201包括差分热敏电阻器电路200。差分热敏电阻器电路200可以包括电压源202、第一阻抗203和第二阻抗204。在一些示例中，第一阻抗203和第二阻抗204可以包括相应的第一电阻器和第二电阻器。集成电路201可以包括第一和第二端子205、206，以将差分热敏电阻器电路200连接至热敏电阻器207或者一个或多个其他温度敏感阻抗，例如温度敏感电阻器等，在一些示例中，该温度敏感电阻器可以在集成电路201的外部。从电路的角度来看，热敏电阻器207串联耦接在第一和第二阻抗203、204之间。电压源202可以在串联连接的第一和第二阻抗203、204和热敏电阻器207上提供预定偏置电压。该电压可以包括经过每一个串联连接的部件的电流。可以在各个串联连接的部件中的每一个部件上建立与电阻值和流经相应部件的电流相对应的分量电压。集成电路201的第一和第二端子205、206可以提供与热敏电阻器207的阻抗成比例的分量电压(V_T)。热敏电阻器207的阻抗可以指示有关热敏电阻器207的环境温度。

在一些示例中，第一和第二阻抗203、204实质上相等。第一和第二阻抗203、204的平衡特性能够实质上减小在集成电路201的第一和第二端子205、206处的共模噪声的影响。这种在不使用大滤波电容器的情况下对噪声的减小能够实现对热敏电阻器207上的电压V_T 208的快速和准确的温度读取。此外，相比于电容器滤波的热敏电阻器电路，使用图2的电路能够实现显著的功耗节省，因为只需要在短时间段上开启电压供应来检测热敏电阻器207上的电压V_T 208。对于电容器滤波的热敏电阻器电路，必须对电路供电足够长时间，以允许电阻器的滤波效应沉淀出来(settle out)。在一些示例中，集成电路201的第一和第二端子205、206可以耦接至集成电路201的其他部件，并且可以对接收自热敏电阻器207的电压V_T 208进行处理，以提供温度信息。

在多个示例中，电压源202可以包括布置成电压跟随器的放大器209和晶体管210。放大器209可以包括运算放大器，晶体管210可以包括NPN、PNP、NMOS、PMOS中的至少一种，或者其他晶体管器件。在示例中，电压跟随器可以在第一和第二阻抗203、204与热敏电阻器207上强行施加电压。可以使用第二阻抗204在热敏电阻器207的一侧将共模噪声端接至地，并且可以使用电压跟随器和第一阻抗203在热敏电阻器207的另一侧将共模噪声端接至AC地。

图3总体上示出了差分热敏电阻器处理电路320的示例。在一些示例中，差分热敏电阻器处理电路320包括：差分热敏电阻器电路300，例如图2所示的差分热敏电阻器电路200；以及用于处理接收自热敏电阻器307的信息的附加部件。在一些示例中，集成电路301可以包括差分热敏电阻器处理电路320。在示例中，差分热敏电阻器处理电路320可以包括差分放大器321、比较器322和基准电路323。差分放大器321可以处理接收自差分热敏电阻器处理电路320的第一和第二热敏电阻器端子305、306的电压。基准电路323可以提供基准信号V_R，以与差分放大器321的输出相比较。比较器322可以将处理后的热敏电阻器信号与基准信号V_R相比较，并使用处理后的热敏电阻器信号与基准信号V_R之间的关系来提供热敏电阻器307周围的温度信息(TI)330。

在示例中，基准电路323可以包括电压源，例如电压跟随器324。电压跟随器324可以断言(assert)分压器325上的电压。分压器325可以包括多个电阻器326、327。在示例中，分压器325的节点329可以耦接至比较器322，以提供基准电压V_R。在示例中，集成电路301外部的电阻器327可以是分压器325的多个电阻器326、327之一。在一些示例中，可以选择例如外部电阻器327等一个或多个外部电阻器来向比较器322提供可编程的基准电压。

在示例中，温度信息330可以由其他电路进一步处理，其他电路例如是集成电路301的其他电路，或者是集成电路301外部的其他电路。

图4总体上示出了备选的差分热敏电阻器处理电路420的示例。在一些示例中，集成电路401可以包括差分热敏电阻器处理电路420。差分热敏电阻器处理电路420可以包括基于二极管的差分热敏电阻器电路402、带隙基准电路423、第一和第二模数转换器(ADC)431、432、以及处理单元433。热敏电阻器电路402可以提供与热敏电阻器二极管407周围的环境温度有关的差分电压，热敏电阻器二极管407例如是外部耦接至集成电路401的热敏电阻器二极管。在示例中，热敏电阻器二极管407可以定位为远离差分热敏电阻器处理电路420。差分热敏电阻器电路402可以包括耦接至热敏电阻器二极管407的一个端子的第一阻抗403、以及耦接至热敏电阻器二极管407的另一端子的第二阻抗404。第一和第二阻抗403、404可以减小共模噪声对热敏电阻器二极管407的端子上所感测的电压的影响。在一些示例中，第一和第二阻抗403、404可以包括第一和第二电阻器。可以使用第一ADC 431将热敏电阻器二极管407上的电压转换为数字感测信息。带隙电压产生器423可以提供带隙电压信息，以用于处理热敏电阻器二极管信息。可以使用第二ADC 432将带隙电压产生器423的输出转换为数字基准信息。处理单元433可以处理从第一和第二ADC 431、432接收到的感测信息和基准信息，以产生与热敏电阻器二极管407的位置相关的温度信息430。这种信息可以用于多种应用，特别是易受噪声影响的应用，包括但不限于触发包括集成差分热敏电阻器处理电路的设备的温度有关的操作变化。这种设备包括但不限于无线通信设备、开关设备、配置为在极限温度下操作的设备、或者能够引起极限温度并且可以在暴露至极限温度期间调整操作的设备。在一些示例中，处理单元433可以确定基准信息与感测信息之间的差值。在一些示例中，从基准信息和感测信息导出的处理后信息可以与转换因子相乘，以提供热敏电阻器二极管407的位置周围的温度信息430。在一些示例中，该处理后信息可以指示从基准信息和感测信息导出的电压，并且处理单元可以使用针对热敏电阻器二极管407的转换公式，将电压转换成温度信息430。

在示例中，温度信息430可以进一步由其他电路处理，其他电路例如是集成电路401的其他电路，或者是集成电路401外部的其他电路。

图5总体上示出了备选的差分热敏电阻器处理电路520的示例。在示例中，集成电路501可以包括差分热敏电阻器处理电路。在示例中，差分热敏电阻器处理电路520可以包括基于二极管的差分热敏电阻器电路502、基于二极管的基准电路523、第一和第二模数转换器(ADC)531、532、以及处理单元533。在示例中，基于二极管的热敏电阻器电路502可以提供与从外部连接至集成电路501的二极管507周围的环境温度有关的差分电压。在一些示例中，二极管507可以位于远离集成电路501的位置。在其他示例中，二极管507可以包括在集成电路501的内部。差分热敏电阻器电路502可以包括耦接至热敏电阻器二极管507的一个端子的第一阻抗503、以及耦接至热敏电阻器二极管507的另一端子的第二阻抗504。第一和第二阻抗503、504可以减小共模噪声对热敏电阻器二极管507的端子之间所感测的电压的影响。在一些示例中，第一和第二阻抗503、504可以包括第一和第二电阻器。可以使用第一ADC 531将热敏电阻器二极管507上的电压转换为第一数字信息。基于二极管的基准电路523可以提供基准电压信息，以用于处理热敏电阻器二极管信息。

基于二极管的基准电路523可以包括电压跟随器524、以及多个器件，以提供至第二ADC 532的基准电压信息。该多个器件可以包括第一和第二阻抗526、528以及基准二极管527。在一些示例中，基于二极管的基准电路523的第一和第二阻抗526、528可以包括第一和第二电阻器。电压跟随器可以向串联的器件(第一和第二阻抗526、528、以及基准二极管527)施加偏置电压。基准电压信息可以包括在基准二极管507的节点处的电压。

在示例中，可以使用第二ADC 532将基于二极管的基准电路523的输出转换为第二数字信息。处理单元533可以处理从第一和第二ADC 531、532接收到的数字信息，以产生与热敏电阻器二极管507的位置相关的温度信息530。在一些示例中，集成电路501可以包括差分热敏电阻器处理电路520以及其他电路。在一些示例中，温度信息530可以是可用于其他电路的。在一些示例中，可以在集成电路501的输出534处提供温度信息530。在一些示例中，数字信号包括温度信息530。在一些示例中，模拟信号包括温度信息530。在一些示例中，模拟信号和数字信号包括温度信息530。在示例中，温度信息530可以进一步由其他电路处理，其他电路例如是集成电路501的其他电路，或者是集成电路501外部的其他电路。

附加说明

上述具体描述包括对附图的参照，附图构成了具体描述的一部分。附图通过图示方式示出了可以实施本发明的特定实施例。这些实施例也可以称为“示例”。本文中参照到的所有公开、专利和专利文献的全部内容都通过参照结合在此，就如同各自分别通过参考结合一样。在本文中和通过参考结合的其他文献中存在不一致用法的情况下，应该认为所结合的参考中的用法是本文中用法的补充；对于不可兼容的不一致，以本文的用法为准。

在本文中，如图专利文献中一般使用一样，使用术语“一”或“一个”来包括一个或多于一个，而与其他任何期间或使用“至少一个”或“一个或多个”无关。在本文中，术语“或”用于指非排他性的“或”，例如“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”、以及“A和B”，除非有其他说明。在所附权利要求中，“包括”和“其中”是普通英文的等同术语。此外，在下面的权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，即，权利要求中除了在该术语之后列出的那些元素之外，系统、设备、物品或过程还包括其他元素，这也被视为在该权利要求的范围之内。此外，在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标记，而不是旨在对其宾语施加编号方面的要求。

上述描述旨在示意而非限制。例如，虽然涉及到PNP器件来描述了上述示例，但是一个或多个示例可以应用于NPN器件。在其他示例中，上述示例(或其一个或多个方面)可以与彼此结合使用。可以使用其他实施例，例如由阅读以上描述的本领域普通技术人员使用。提供了摘要以符合相关法条要求，以允许读者快速确定本技术公开的本质。可以理解，摘要不是用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在以上具体实施方式部分，可以将多种特征分组在一起以精简本公开。这不应该解释为权利要求中未包含的公开特征对于权利要求是必要的。而是，创造性主题内容可以存在比具体公开的实施例的所有特征少的特征中。因此，将下面的权利要求结合到具体实施方式部分，每个权利要求自身成为独立的实施例。本发明的范围应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等同物的全部范围来确定。

Claims (18)

1.一种差分温度感测装置，用于减小共模噪声，所述装置包括：

温度敏感电阻，包括第一端子和第二端子；

集成电路，包括：

第一电阻器，其耦接在温度敏感电阻的第一端子和电压源之间；

第二电阻器，其耦接在温度敏感电阻的第二端子和接地连接之间；以及

温度信息电路，包括：

第一端子，配置为从温度敏感电阻的第一端子接收第一电压；以及

第二端子，配置为从温度敏感电阻的第二端子接收第二电压；以及

输出，配置为使用第一和第二电压来提供温度信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其中第一电阻器的值等于第二电阻器的值。

3.根据权利要求1所述的装置，其中温度信息电路包括：差分比较器，配置为从温度敏感电阻的第一端子和温度敏感电阻的第二端子接收第一电压和第二电压，并且对第一电压和第二电压之间的差进行放大。

4.根据权利要求3所述的装置，其中温度信息电路包括：第二比较器，配置为接收差分比较器的输出，并且将差分比较器的输出与基准电压相比较，以提供温度信息。

5.根据权利要求4所述的装置，包括基准电阻器；

其中，温度信息电路包括：

基准产生器，配置为使用基准电阻器来提供基准电压；

第三电阻器，耦接在基准产生器和基准电阻器之间；以及

第四电阻器，耦接在基准电阻器和接地连接之间。

6.根据权利要求5所述的装置，其中第三电阻器的值等于第一电阻器的值，并且第四电阻器的值等于第二电阻器的值。

7.根据权利要求5所述的装置，其中基准电阻器为集成电路外部的电阻器。

8.根据权利要求7所述的装置，其中基准电阻器为第一二极管。

9.根据权利要求4所述的装置，其中基准电压为带隙电压。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其中所述温度敏感电阻为热敏电阻器。

11.根据权利要求1-9任一项所述的装置，其中所述温度敏感电阻为第二二极管。

12.根据权利要求1-9任一项所述的装置，其中所述温度敏感电阻在集成电路外部。

13.根据权利要求1-9任一项所述的装置，其中温度信息电路被配置为减小第一和第二电压的共同的噪声。

14.根据权利要求1-9任一项所述的装置，其中，所述电压源包括耦接在预设电压和所述第一电阻器之间的电压跟随器，所述电压跟随器被配置为在第一和第二电阻器以及温度敏感电阻上提供偏置电压。

15.根据权利要求1-9任一项所述的装置，其中温度信息电路包括：模数转换器(ADC)，配置为从温度敏感电阻的第一端子和温度敏感电阻的第二端子接收第一电压和第二电压，并且提供温度敏感电阻的第一端子与温度敏感电阻的第二端子之间的电压差的指示。

16.一种通过使用根据权利要求1-15中任一项所述的差分温度感测装置来减小共模噪声的方法，所述方法包括：

使用温度敏感电阻和预定电压对温度信息电路施加偏置；

在温度信息电路的第一端子处从耦接至温度敏感电阻的第一端子的第一电阻器接收第一电压；

在温度信息电路的第二端子处从耦接至温度敏感电阻的第二端子的第二电阻器接收第二电压；

使用温度信息电路提供对第一与第二电压之间的差加以指示的输出信号；以及

将输出信号与基准电压相比较；并且

使用所述比较在温度信息电路的输出处提供温度的指示。

17.根据权利要求16所述的方法，其中将输出信号与基准电压相比较包括：从基准电阻器接收基准电压。

18.根据权利要求16所述的方法，其中将输出信号与基准电压相比较包括：从基准二极管接收基准电压。