CN102313609B - 具有二极管和模/数转换器的温度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有二极管(20)和模/数转换器(22)的温度检测装置(200)。二极管(20)的输出电压信号可施加在模/数转换器(22)的输入端上。温度检测装置(200)被设计用于如此耦合模/数转换器(22)的参考电压与二极管(20)的二极管电流，使得参考电压或二极管电流的波动对模/数转换器(22)的数字输出信号(24)的影响被部分地或完全地抑制。此外本发明还涉及一种包括根据本发明的温度检测装置(200)的测量装置(100)、一种用于数字地求取温度的方法以及一种用于抑制温度对确定待测量的参量的影响的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有二极管和模/数转换器的温度检测装置，一种包括根据本发明的温度检测装置的测量装置，一种用于数字地求取温度的方法以及一种用于抑制温度对求取待测量的参量的影响的方法。
背景技术
现有技术中公开了一些温度检测装置，其中，充分利用：二极管的特征曲线具有强的温度相关性。
将这样的温度检测装置集成到测量装置中也是已知的，所述测量装置包括用于检测待测量的参量的传感器，并且在所述测量装置中传感器的输出信号与环境温度相关。这样的传感器的示例是微机械的压力传感器、加速度传感器或转速传感器。对于其在相应的应用中的使用，需要计算待测量的参量的与环境温度无关的值。
在许多微机械传感器中，测量量——例如压力、加速度或转速通过压电电阻或电容的变化来探测并且转换成电压。
环境温度是对传感器元件的输出电压具有影响的干扰量。为了可以在集成电路内补偿环境温度的影响，同样必须探测所述环境温度。为了检测温度，使用电阻或二极管。为了产生与温度相关的电压，通常以恒定电流向二极管馈电。
在使用数字集成电路的情况下实现以温度补偿、放大或线性化为目的的信号处理。为了将二极管和传感器元件的模拟电压转换成可由计算机构处理的数字数值，使用模/数转换器。
对于压力信号，为了使由于供电电压波动导致的转换误差最小化，用同一供电电压来运行压力传感器和模/数转换器。因此实现：在供电电压减小时压力传感器的灵敏度下降并且因此模/数转换器的灵敏度成反比地增加，由此模/数转换器的输出端上的数字数值保持不变(ratiometrischeMesseung：比率计量测量)。
以恒定的、与供电电压在很大程度上无关的电流来运行二极管，从而二极管的输出电压也在很大程度上与所述供电电压无关。如果供电电压下降，则二极管提供不变的输出电压，然而模/数转换器的灵敏度升高并且因此模/数转换器的输出端上的数字数值变大。由此会出现二极管输出电压的错误解释以及在信号路径中的温度补偿之后测量值的错误求取。
发明内容
根据本发明，提供了一种温度检测装置，其具有二极管、尤其是半导体二极管以及模/数转换器。二极管的输出电压信号可施加在模/数转换器的输入端上。温度检测装置被设计用于如此耦合(koppeln)模/数转换器的参考电压与二极管的二极管电流，使得参考电压或二极管电流的波动对模/数转换器的数字式输出信号的影响被部分地或完全地抑制。
参考电压理解为模/数转换器将施加在模/数转换器的输入端上的输入电压与其进行比较并且模/数转换器以其为基础来产生数字式输出信号的每个电压。模/数转换器的参考电压在本发明的上下文中可以是模/数转换器的供电电压。
在一个特别的实施方式中提出，温度检测装置包括受电压控制的电流源。所述受电压控制的电流源可由模/数转换器的参考电压控制，并且所述受电压控制的电流源如此调节二极管电流，使得参考信号的波动对模/数转换器的数字式输出信号的影响被部分地或完全地抑制。
例如模/数转换器上的供电电压的变化会导致偏移和灵敏度的变化。偏移变化和灵敏度变化会导致模/数转换之后的数字数值的变化。
相同温度和相同二极管电流情况下的数字数值的变化会被解释为温度值的变化。但是，通过由受电压控制的电流源来调节二极管电流实现：使数字数值的变化或者减小或者消失，由此实现与供电电压的波动无关的温度求取。
在另一个特别的实施方式中提出，温度检测装置包括受电流控制的电压源。所述受电流控制的电压源由二极管电流控制，并且所述受电流控制的电压源如此调节模/数转换器的参考电压，使得二极管电流的波动对模/数转换器的数字式输出信号的影响被部分地或全部地抑制。
二极管电流的波动在相同温度下导致二极管上的输出电压变化。所述输出电压变化会被解释为温度的变化。通过由受电流控制的电压源调节参考电压来补偿二极管电流的波动的影响。
本发明的另一方面涉及一种具有用于检测待测量的物理量的传感器的测量装置，其中，所述传感器的输出信号与温度相关。所述测量装置包括根据本发明的温度检测装置。为了使温度对测量结果的影响最小化，基于由温度检测装置包括的二极管的输出电压的变化来求取温度并且将所述温度用于补偿。通过使用根据本发明的温度检测装置，可以通过温度的精确确定来实现温度影响的准确补偿。
在此，在测量装置中设置计算单元，所述计算单元被设计用于基于传感器的输出信号和模/数转换器的数字式输出信号来计算物理量的在很大程度上与温度影响无关的测量值。这可以例如通过计算规则来进行，所述计算规则被应用于传感器元件和温度二极管的输出电压的在测量装置中求取的数字值。
传感器可以例如是压力传感器、加速度传感器或转速传感器。所述传感器可被构造为探测压电电阻或电容的变化的传感器。
本发明的另一方面涉及一种用于数字地求取温度的方法。在模/数转换器的输入端上施加二极管、尤其是半导体二极管的输出电压信号。在此模/数转换器的数字式输出信号相当于温度值。如此耦合模/数转换器的参考电压和二极管的二极管电流，使得参考电压或二极管电流的波动对模/数转换器的数字式输出信号的影响被部分地或完全地抑制。
在根据本发明的方法的一个特别的实施方式中提出，由模/数转换器的参考电压控制受电压控制的电流源，并且所述受电压控制的电流源如此调节二极管电流，使得参考电压的波动对模/数转换器的数字式输出信号的影响被部分地或完全地抑制。通过使用用于二极管电流的受电压控制的电流源如此补偿二极管的输出电压，使得例如模/数转换器的供电电压的变化不会导致模/数转换器的输出端上的数字数值的变化。
在根据本发明的方法的另一个特别的实施方式中提出，由二极管电流控制受电流控制的电压源，并且所述受电流控制的电压源如此调节模/数转换器的参考电压，使得二极管电流的波动对模/数转换器的数字式输出信号的影响被部分地或完全地抑制。通过使用用于模/数转换器的受电流控制的电压源，例如根据二极管电流如此调节模/数转换器的供电电压，使得二极管输出电压的取决于电流的变化不会导致模/数转换器的输出端上的数字数值的变化。
本发明的另一方面涉及一种用于抑制温度对待测量的参量、尤其是压力、加速度或转速的求取的影响的方法。在此，通过使用根据本发明的用于数字地求取温度的方法来求取温度。在此优选地，对待测量的参量的测量信号进行数字化并且将所述测量信号连同数字地求取的温度一起输送给计算单元。
附图说明
根据附图和以下描述来进一步说明本发明的实施例。附图示出：
图1：根据现有技术的压力测量装置，
图2：根据本发明的第一实施例的具有温度检测装置的压力测量装置，以及
图3：根据本发明的第二实施例的具有温度检测装置的压力测量装置。
具体实施方式
图1示出根据现有技术的总体上以100表示的压力测量装置，其具有压力传感器元件10，所述压力传感器元件10通过压电电阻的变化来探测压力并且将所述压力转换成测量电压。所述测量电压被输送给第一模/数转换器12，所述第一模/数转换器12产生数字信号14。在此，比率计量地转换压力传感器元件10的信号，也就是说，以相同的电压向压力传感器元件10和模/数转换器12供电。由此补偿压力传感器元件10和第一模/数转换器12上的电压波动的影响。数字信号14是与温度相关的并且被输送给计算单元30，所述计算单元30在使用由总体上以200表示的温度检测装置求取的温度值的情况下计算在很大程度上与温度影响无关的压力测量值。
温度检测装置200包括半导体二极管20，所述半导体二极管20由恒定的二极管电流供电。在半导体二极管20上获取输出电压信号并且将所述输出电压信号输送给第二模/数转换器22，所述第二模/数转换器22求取数字式温度值24并且同样将所述温度值24输送给计算单元30。
在图2中示出的温度检测装置200包括受电压控制的电流源26。供电电压VB充当所述受电压控制的电流源26的控制电压。所述受电压控制的电流源26的输出端以二极管电流向半导体二极管20供电。
在供电电压VB升高时，第二模/数转换器22的灵敏度会在恒定的二极管电流通过半导体二极管20的情况下下降。为了补偿第二模/数转换器22的变小的灵敏度的影响，通过受电压控制的电流源26提高二极管电流，从而同样提高半导体二极管的输出电压。受电压控制的电流源26被如此设计，使得这两个影响被准确地补偿并且数字式温度值24与供电电压VB的变化无关。
相反，当供电电压VB降低时，第二模/数转换器22的灵敏度提高。通过如下方式减小半导体二极管20的输出电压：受电压控制的电流源26减小流经半导体二极管20的二极管电流。另一方面，受电压控制的电流源26被如此设计，使得产生这两个影响的补偿，从而数字地求取的温度值24保持不变。
在图3中示出的温度检测装置包括受电流控制的电压源28。流经半导体二极管20的二极管电流充当受电流控制的电压源28的控制电流。所述受电流控制的电压源28提供用于第二模/数转换器22的供电电压。
如果二极管电流减小，则半导体二极管20的输出电压下降。为了补偿半导体二极管20的输出电压的减小并且在第二模/数转换器22的输出端上获得与二极管电流无关的数字式温度值24，通过降低由所述受电流控制的电压源28提供的供电电压来提高第二模/数转换器22的灵敏度。受电流控制的电压源28被如此设计，使得数字式温度值24在二极管电流发生变化的情况下在很大程度上保持不变。
相反，当二极管电流增大时，在半导体二极管20上获取的输出电压升高，从而所述受电流控制的电压源28相应地提高第二模/数转换器22的供电电压。模/数转换器22的灵敏度被降低，并且二极管电流的增大的影响被准确地补偿。
Claims (12)
1.温度检测装置(200)，其具有二极管(20)以及模/数转换器(22)，其中，所述二极管(20)的输出电压信号可施加在所述模/数转换器(22)的输入端上，其特征在于，所述温度检测装置(200)被设计用于如此耦合所述模/数转换器(22)的参考电压与所述二极管(20)的二极管电流，使得所述参考电压或所述二极管电流的波动对所述模/数转换器(22)的数字式输出信号(24)的影响被部分地或完全地抑制，其中，所述温度检测装置(200)包括受电压控制的电流源(26)，所述电流源可由所述模/数转换器(22)的参考电压控制并且被设计用于如此调节所述二极管电流，使得所述参考电压的波动对所述模/数转换器(22)的数字式输出信号(24)的影响被部分地或完全地抑制。
2.温度检测装置(200)，其具有二极管(20)以及模/数转换器(22)，其中，所述二极管(20)的输出电压信号可施加在所述模/数转换器(22)的输入端上，其特征在于，所述温度检测装置(200)被设计用于如此耦合所述模/数转换器(22)的参考电压与所述二极管(20)的二极管电流，使得所述参考电压或所述二极管电流的波动对所述模/数转换器(22)的数字式输出信号(24)的影响被部分地或完全地抑制，其中，所述温度检测装置(200)包括受电流控制的电压源(28)，所述电压源可由所述二极管电流控制并且被设计用于如此调节所述模/数转换器(22)的参考电压，使得所述二极管电流的波动对所述模/数转换器(22)的数字式输出信号(24)的影响被部分地或完全地抑制。
3.根据权利要求1或2所述的温度检测装置(200)，其中，所述二极管(20)是半导体二极管。
4.测量装置(100)，其具有传感器(10)，所述传感器(10)用于检测待测量的物理量，其中，所述传感器的输出信号具有温度相关性，其中，所述测量装置包括根据权利要求1至3中任一项所述的温度检测装置(200)。
5.根据权利要求4所述的测量装置(100)，其中，设有计算单元(30)，所述计算单元(30)被设计用于基于所述传感器(10)的输出信号和所述模/数转换器(22)的数字式输出信号来计算所述物理量的在很大程度上与温度影响无关的测量值。
6.根据权利要求4或5所述的测量装置(100)，其中，所述传感器(10)是压力传感器、加速度传感器或转速传感器。
7.用于数字地求取温度的方法，其中，在一模/数转换器(22)的输入端上施加一二极管(20)的输出电压信号并且所述模/数转换器(22)的数字式输出信号相当于温度值，其特征在于，将所述模/数转换器(22)的参考电压与所述二极管(20)的二极管电流如此耦合，使得所述参考电压或所述二极管电流的波动对所述模/数转换器(22)的数字式输出信号的影响被部分地或完全地抑制，其中，由所述模/数转换器(22)的所述参考电压来控制一受电压控制的电流源(26)，并且所述电流源(26)如此调节所述二极管电流，使得所述参考电压的波动对所述模/数转换器(22)的数字式输出信号(24)的影响被部分地或完全地抑制。
8.用于数字地求取温度的方法，其中，在一模/数转换器(22)的输入端上施加一二极管(20)的输出电压信号并且所述模/数转换器(22)的数字式输出信号相当于温度值，其特征在于，将所述模/数转换器(22)的参考电压与所述二极管(20)的二极管电流如此耦合，使得所述参考电压或所述二极管电流的波动对所述模/数转换器(22)的数字式输出信号的影响被部分地或完全地抑制，其中，由所述二极管电流来控制一受电流控制的电压源(28)，并且所述电压源(28)如此调节所述模/数转换器(22)的参考电压，使得所述二极管电流的波动对所述模/数转换器(22)的数字式输出信号(24)的影响被部分地或完全地抑制。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述二极管(20)是半导体二极管。
10.用于抑制温度对待测量的参量的影响的方法，其中，通过使用根据权利要求7至9中任一项所述的方法来数字地求取温度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述待测量的参量是压力、加速度或转速。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，对所述待测量的参量的测量信号进行数字化并且将所述测量信号连同数字地求取的温度一起输送给计算单元(30)。
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