CN103383584A

CN103383584A - 一种分段温度补偿的系统

Info

Publication number: CN103383584A
Application number: CN2013102825150A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: CHENGDU RUICHENG XINWEI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Chengdu Rui core micro Polytron Technologies Inc
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: CN103383584B

Abstract

本发明公开了一种分段温度补偿的系统，其包括一恒温电流源、一正温电流源、一电压输入端、一电压输出端、一电阻、以及若干P型电流镜像单元和若干N型电流镜像单元，所述恒温电流源提供与温度无关的电流，所述正温电流源提供与温度成线性正比的电流，所述电压输入端接收需要进行温度补偿的电压，所述电压输出端输出经过分段温度补偿以后的电压，所述电阻负责将补偿电流转换成补偿电压，并与所述电压输入端输入的电压进行和差运算，所述若干P型电流镜像单元和所述若干N型电流镜像单元负责对电流进行比例镜像，并将镜像以后的电流输出。本发明可对电压进行分段温度补偿，并单独调节各分段的补偿系数，使得各分段的电压具备不同的温度系数，从而满足后续电路的需求。

Description

一种分段温度补偿的系统

技术领域

本发明涉及一种分段温度补偿的系统领域，更具体地涉及一种进行分段温度补偿的系统。

背景技术

现有的温度补偿一般为全温范围的补偿，即全温度范围内采用同一补偿系数来进行温度补偿，此方法的补偿方式简单，易于实现，但往往不能满足一些特殊电路的要求，如振荡器，对于振荡器的温度补偿，通常在不同的温度分段下需要不同的补偿系数，以保证输出的频率具备极好的温度特性，现有技术很难满足此要求。

因此，有必要提供一种能够分段进行温度补偿的方法来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种分段温度补偿的系统，本发明可对电压进行分段温度补偿，并且能够单独调节各分段的补偿系数，使得各分段的电压具备不同的温度系数，从而满足后续电路的需求。

为实现上述目的，本发明提供一种分段温度补偿的系统，包括一恒温电流源、一正温电流源、一电压输入端、一电压输出端、一电阻、以及若干P型电流镜像单元和若干N型电流镜像单元。所述恒温电流源提供与温度无关的电流，所述正温电流源提供与温度成线性正比的电流，所述电压输入端接收需要进行温度补偿的电压，所述电压输出端输出经过分段温度补偿以后的电压，所述电阻负责将补偿电流转换成补偿电压，并与所述电压输入端输入的电压进行和差运算，以得到补偿以后的电压。所述若干P型电流镜像单元和所述若干N型电流镜像单元负责对电流进行比例镜像，并将镜像以后的电流输出。

较佳的，所述P型电流镜像单元共有4个，分别为P型电流镜像单元1、P型电流镜像单元2、P型电流镜像单元3、P型电流镜像单元4，所述4个P型电流镜像单元的结构功能相同，包括一电流输入端和一电流输出端。

较佳的，所述N型电流镜像单元共有4个，分别为N型电流镜像单元1、N型电流镜像单元2、N型电流镜像单元3、N型电流镜像单元4，所述N型电流镜像单元1、2的结构功能相同，包括一电流输入端和一电流输出端；所述N型电流镜像单元3、4的结构功能相同，包括一电流输入端和两个电流输出端。

较佳的，所述正温电流源的一端与所述P型电流镜像单元1的电流输入端相连，所述正温电流源的另一端与所述N型电流镜像单元1的电流输入端相连；所述恒温电流源的一端与所述P型电流镜像单元2的电流输入端相连，所述恒温电流源的另一端与所述N型电流镜像单元2的电流输入端相连；所述P型电流镜像单元1的电流输出端与所述N型电流镜像单元2的电流输出端相连，所述P型电流镜像单元2的电流输出端与所述N型电流镜像单元1的电流输出端相连。

较佳的，所述P型电流镜像单元2的电流输出端与所述N型电流镜像单元3的电流输入端相连，所述P型电流镜像单元1的电流输出端与所述N型电流镜像单元4的电流输入端相连，所述N型电流镜像单元3的一电流输出端与所述P型电流镜像单元3的电流输入端相连，所述N型电流镜像单元3的另一电流输出端与所述P型电流镜像单元4的电流输出端相连，所述N型电流镜像单元4的一电流输出端与所述P型电流镜像单元3的电流输出端相连，所述N型电流镜像单元4的另一电流输出端与所述P型电流镜像单元4的电流输入端相连。

较佳的，所述电阻的一端、所述电压输入端与所述P型电流镜像单元4的电流输出端共同连接，所述电阻的另一端、所述电压输出端与所述P型电流镜像单元3的电流输出端共同连接。

较佳的，所述P型电流镜像单元包括一第一场效应管、一第二场效应管、一电源端、一电流输入端和一电流输出端。所述第一场效应管的漏极和栅极、所述第二场效应管的栅极与所述电流输入端相连，所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极与所述电源端相连，所述第二场效应管的漏极与所述电流输出端相连。

较佳的，所述N型电流镜像单元1、2包括一第三场效应管、一第四场效应管、一接地端、一电流输入端和一电流输出端。所述第三场效应管的漏极和栅极、所述第四场效应管的栅极与所述电流输入端相连，所述第三场效应管的源极、所述第四场效应管的源极与所述接地端相连，所述第四场效应管的漏极与所述电流输出端相连；所述N型电流镜像单元3、4包括一第五场效应管、一第六场效应管、一第七场效应管、一接地端、一电流输入端和两个电流输出端。所述第五场效应管的漏极和栅极、所述第六场效应管的栅极、所述第七场效应管的栅极与所述电流输入端相连，所述第五场效应管的源极、所述第六场效应管的源极、所述第七场效应管源极与所述接地端相连，所述第六场效应管的漏极与所述一电流输出端相连，所述第七场效应管的漏极与所述另一电流输出端相连。

较佳的，所述恒温电流源的电流值与所述正温电流源的电流值必须在温度补偿的分段点相等。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明。

附图说明

图1为本发明分段温度补偿的系统框图。

图2为图1所示P型电流镜像单元1、2、3、4的电路图。

图3为图1所示N型电流镜像单元1、2的电路图。

图4为图1所示N型电流镜像单元3、4的电路图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种分段温度补偿的系统，本发明可对电压进行分段温度补偿，并单独调节各分段的补偿系数，使得各分段的电压具备不同的温度系数，从而满足后续电路的需求。

请参考图1，图1为本发明分段温度补偿的系统框图。如图所示，其包括一恒温电流源IC、一正温电流源IP、一电压输入端VIN、一电压输出端VOUT、一电阻R、以及P型电流镜像单元1、P型电流镜像单元2、P型电流镜像单元3、P型电流镜像单元4和N型电流镜像单元1、N型电流镜像单元2、N型电流镜像单元3和N型电流镜像单元4。所述恒温电流源IC提供与温度无关的电流，所述正温电流源IP提供与温度成线性正比的电流，所述电压输入端VIN接收需要进行温度补偿的电压，所述电压输出端VOUT输出经过分段温度补偿以后的电压，所述电阻R负责将补偿电流转换成补偿电压，并与所述电压输入端输入的电压进行和差运算，所述P型电流镜像单元1、P型电流镜像单元2、P型电流镜像单元3、P型电流镜像单元4和所述N型电流镜像单元1、N型电流镜像单元2、N型电流镜像单元3和N型电流镜像单元4负责对电流进行比例镜像，并将镜像以后的电流输出。

所述正温电流源IP的一端与所述P型电流镜像单元1的电流输入Iinp1端相连，所述正温电流源IP的另一端与所述N型电流镜像单元1的电流输入端Iinn1相连；所述恒温电流源IC的一端与所述P型电流镜像单元2的电流输入端Iinp2相连，所述恒温电流源IC的另一端与所述N型电流镜像单元2的电流输入端Iinn2相连；所述P型电流镜像单元1的电流输出端Ioutp1与所述N型电流镜像单元2的电流输出端Ioutn2相连，所述P型电流镜像单元2的电流输出端Ioutp2与所述N型电流镜像单元1的电流输出端Ioutn1相连；所述P型电流镜像单元2的电流输出端Ioutp2与所述N型电流镜像单元3的电流输入端Iinn3相连，所述P型电流镜像单元1的电流输出端Ioutp1与所述N型电流镜像单元4的电流输入端Iinn4相连，所述N型电流镜像单元3的一电流输出端Iout1n3与所述P型电流镜像单元3的电流输入端Iinp3相连，所述N型电流镜像单元3的另一电流输出端Iout2n3与所述P型电流镜像单元4的电流输出端Ioutp4相连，所述N型电流镜像单元4的一电流输出端Iout2n4与所述P型电流镜像单元3的电流输出端Ioutp3相连，所述N型电流镜像单元4的另一电流输出端Iout1n4与所述P型电流镜像单元4的电流输入端Iinp4相连；所述电阻R的一端、所述电压输入端VIN与所述P型电流镜像单元4的电流输出端Ioutp4共同连接，所述电阻R的另一端、所述电压输出端VOUT与所述P型电流镜像单元3的电流输出端Ioutp3共同连接。

请再结合参考图2、图3、图4，所述P型电流镜像单元包括一第一场效应管M1、一第二场效应管M2、一电源端VCC、一电流输入端Iin、和一电流输出端Iout。所述第一场效应管M1的漏极和栅极、所述第二场效应管M2的栅极与所述电流输入端Iin相连，所述第一场效应管M1的源极、所述第二场效应管M2的源极与所述电源端VCC相连，所述第二场效应管M2的漏极与所述电流输出端Iout相连；所述N型电流镜像单元1、2包括一第三场效应管M3、一第四场效应管M4、一接地端GND、一电流输入端Iin和一电流输出端Iout。所述第三场效应管M3的漏极和栅极、所述第四场效应管M4的栅极与所述电流输入端Iin相连，所述第三场效应管M3的源极、所述第四场效应管M4的源极与所述接地端GND相连，所述第四场效应管M4的漏极与所述电流输出端Iout相连；所述N型电流镜像单元3、4包括一第五场效应管M5、一第六场效应管M6、一第七场效应管M7、一接地端GND、一电流输入端Iin和两个电流输出端Iout1、Iout2。所述第五场效应管M5的漏极和栅极、所述第六场效应管M6的栅极、所述第七场效应管M7的栅极与所述电流输入端Iin相连，所述第五场效应管M5的源极、所述第六场效应管M6的源极、所述第七场效应管M7源极与所述接地端GND相连，所述第六场效应管M6的漏极与所述一电流输出端Iout1相连，所述第七场效应管M7的漏极与所述另一电流输出端Iout2相连。

现设定所述恒温电流源IC的电流值为I1，即所述恒温电流源IC与温度的关系为：

IC(T)＝I1

设定所述正温电流源IP与温度的关系式为：

IP(T)＝I0+β*T

其中I0为所述正温电流源IP在温度为0时的电流值，β为所述正温电流源IP的温度系数，且β>0。

设定温度的分段点为T0，且IC和IP在T0处的电流值相等，即：

I1＝I0+β*T0

则结合图1，所述N型电流镜像单元3的电流输入端Iinn3的电流值为：

IC-IP＝I1-I0-β*T＝β*T0-β*T＝β*(T0-T)

即当温度T小于T0时，IC-IP为正值，即此时有电流流入所述N型电流镜像单元3的电流输入端Iinn3，当温度T大于T0时，IC-IP为负值，即此时无电流流入所述N型电流镜像单元3的电流输入端Iinn3，同时，IC-IP为负温系数；同理，所述N型电流镜像单元4的电流输入端Iinn4的电流值为：

IP-IC＝I0+β*T-I1＝β*T-β*T0＝β*(T-T0)

即当温度T大于T0时，IP-IC为正值，即此时有电流流入所述N型电流镜像单元4的电流输入端Iinn4，当温度T小于T0时，IP-IC为负值，即此时无电流流入所述N型电流镜像单元4的电流输入端Iinn4，同时，IP-IC为正温系数。

现所述N型电流镜像单元3将IC-IP按照一定比较镜像，即按照系数a镜像，即从所述N型电流镜像单元3的两电流输出端Iout1n3、Iout2n3和所述P型电流镜像单元3的电流输出端Ioutp3流出的电流值为：

a*(IC-IP)＝a*β*(T0-T)

即温度系数由原来的-β调整为-a*β，同理，所述N型电流镜像单元4将IP-IC按照一定比较镜像，即按照系数b镜像，即从所述N型电流镜像单元4的两电流输出端Iout1n4、Iout2n4和所述P型电流镜像单元4的电流输出端Ioutp4流出的电流值为：

b*(IP-IC)＝b*β*(T-T0)

即温度系数由原来的β调整为b*β，可见所述N型电流镜像单元3、所述N型电流镜像单元4在镜像电流的同时，调节了分段电流IP-IC和IC-IP的温度系数。

设定所述电压输入端VIN输入的电压值为:

Vin(T)＝V0+δ*T

其中V0为Vin(T)在T为0时对应的电压值，δ为温度系数。

现计算流过所述电阻R的电流，在所述电压输入端VIN流入R的电流为：

b*(IP-IC)-a*(IC-IP)＝b*β*(T-T0)-a*β*(T0-T)

同理，从所述电阻R流入所述电压输出端VOUT电流为：

b*(IP-IC)-a*(IC-IP)＝b*β*(T-T0)-a*β*(T0-T)

以上两个表达式完全相同，故流过所述电阻R的电流IR为：

IR＝b*β*(T-T0)-a*β*(T0-T)

在T>T0时，有且仅有IR＝b*β*(T-T0)；

在T<T0时，有且仅有IR＝-a*β*(T0-T)；

在T=T0时，有且仅有IR＝0。

现计算所述电压输出端VOUT的电压值，设定为Vout(T):

在T>T0时，

Vout(T)＝Vin(T)-IR*R＝V0+R*b*β*T0+（δ+R*b*β）*T

在T<T0时，

Vout(T)＝Vin(T)-IR*R＝V0+R*a*β*T0+（δ+R*a*β）*T

在T=T0时，

Vout(T)＝Vin(T)-IR*R＝V0+δ*T

由上分析可得，以温度T0为分段点，通过调节镜像系数a、b可进行分段温度补偿，即实现了分段温度补偿的功能。

由上述可知，本发明一种分段温度补偿的系统，可对电压进行分段温度补偿，并单独调节各分段的补偿系数，使得各分段的电压具备不同的温度系数，从而满足后续电路的需求。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims

1.一种分段温度补偿的系统，其特征是：包括一恒温电流源、一正温电流源、一电压输入端、一电压输出端、一电阻、以及若干P型电流镜像单元和若干N型电流镜像单元，所述恒温电流源提供与温度无关的电流，所述正温电流源提供与温度成线性正比的电流，所述电压输入端接收需要进行温度补偿的电压，所述电压输出端输出经过分段温度补偿以后的电压，所述电阻负责将补偿电流转换成补偿电压，并与所述电压输入端输入的电压进行和差运算，所述若干P型电流镜像单元和所述若干N型电流镜像单元负责对电流进行比例镜像，并将镜像以后的电流输出。

2.根据权利要求1所述的一种分段温度补偿的系统，其特征是：所述P型电流镜像单元共有4个，分别为P型电流镜像单元1、P型电流镜像单元2、P型电流镜像单元3、P型电流镜像单元4，所述4个P型电流镜像单元结构功能相同，包括一电流输入端和一电流输出端。

3.根据权利要求1所述的一种分段温度补偿的系统，其特征是：所述N型电流镜像单元共有4个，分别为N型电流镜像单元1、N型电流镜像单元2、N型电流镜像单元3、N型电流镜像单元4，所述N型电流镜像单元1、2结构功能相同，包括一电流输入端和一电流输出端；所述N型电流镜像单元3、4结构功能相同，包括一电流输入端和两个电流输出端。

4.根据权利要求1所述的一种分段温度补偿的系统，其特征是：所述正温电流源的一端与所述P型电流镜像单元1的电流输入端相连，所述正温电流源的另一端与所述N型电流镜像单元1的电流输入端相连；所述恒温电流源的一端与所述P型电流镜像单元2的电流输入端相连，所述恒温电流源的另一端与所述N型电流镜像单元2的电流输入端相连；所述P型电流镜像单元1的电流输出端与所述N型电流镜像单元2的电流输出端相连，所述P型电流镜像单元2的电流输出端与所述N型电流镜像单元1的电流输出端相连。

5.根据权利要求1所述的一种分段温度补偿的系统，其特征是：所述P型电流镜像单元2的电流输出端与所述N型电流镜像单元3的电流输入端相连，所述P型电流镜像单元1的电流输出端与所述N型电流镜像单元4的电流输入端相连，所述N型电流镜像单元3的一电流输出端与所述P型电流镜像单元3的电流输入端相连，所述N型电流镜像单元3的另一电流输出端与所述P型电流镜像单元4的电流输出端相连，所述N型电流镜像单元4的一电流输出端与所述P型电流镜像单元3的电流输出端相连，所述N型电流镜像单元4的另一电流输出端与所述P型电流镜像单元4的电流输入端相连。

6.根据权利要求1所述的一种分段温度补偿的系统，其特征是：所述电阻的一端、所述电压输入端与所述P型电流镜像单元4的电流输出端共同连接，所述电阻的另一端、所述电压输出端与所述P型电流镜像单元3的电流输出端共同连接。

7.根据权利要求2所述的一种分段温度补偿的系统，其特征是：所述P型电流镜像单元包括一第一场效应管、一第二场效应管、一电源端、一电流输入端和一电流输出端，所述第一场效应管的漏极和栅极、所述第二场效应管的栅极与所述电流输入端相连，所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极与所述电源端相连，所述第二场效应管的漏极与所述电流输出端相连。

8.根据权利要求3所述的一种分段温度补偿的系统，其特征是：所述N型电流镜像单元1、2包括一第三场效应管、一第四场效应管、一接地端、一电流输入端和一电流输出端，所述第三场效应管的漏极和栅极、所述第四场效应管的栅极与所述电流输入端相连，所述第三场效应管的源极、所述第四场效应管的源极与所述接地端相连，所述第四场效应管的漏极与所述电流输出端相连；所述N型电流镜像单元3、4包括一第五场效应管、一第六场效应管、一第七场效应管、一接地端、一电流输入端和两个电流输出端，所述第五场效应管的漏极和栅极、所述第六场效应管的栅极、所述第七场效应管的栅极与所述电流输入端相连，所述第五场效应管的源极、所述第六场效应管的源极、所述第七场效应管源极与所述接地端相连，所述第六场效应管的漏极与所述一电流输出端相连，所述第七场效应管的漏极与所述另一电流输出端相连。

9.根据权利要求1所述的一种分段温度补偿的系统，其特征是：所述恒温电流源的电流值与所述正温电流源的电流值必须在温度补偿的分段点相等。