CN104483033A - 一种宽温范围的cmos温度传感器电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种宽温范围的CMOS温度传感器电路，包括温度检测电路、模数转换器和时钟产生电路，所述温度检测电路是检测电路内部的温度并产生一个宽温度范围的线性温度电压值，所述模数转换器是在宽温度范围内根据一定的比例运算关系将线性温度电压值转换成相应的数字信号；所述时钟产生电路用于向模数转换器提供时钟信号。本发明提供的电路系统结构，利用CMOS的温度特性产生稳定的温度解析度，且仅需较小的面积和功耗即可达到稳定温度精度输出的目的，电路结构简单，可广泛应用。

Description

一种宽温范围的CMOS温度传感器电路

技术领域

本发明属于为电子电路设计技术，涉及一种宽温范围的CMOS温度传感器电路。

背景技术

温度传感器电路实现方式主要有热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器和CMOS集成温度传感器。由单个元器件组成的温度传感器电路，优点是器件便宜，覆盖温度范围广，但是灵敏度和稳定性较低。CMOS集成温度传感器综合器件特性和先进的电路原理，利用CMOS集成电路的工艺技术，将感温元件和先进计算电路集成在同一芯片上，优点是模型准确、体积小、功耗低和输出特性好。

发明内容

本发明提供一种宽温范围的CMOS温度传感器电路，该电路利用与温度成比例的电压信号经过模数转换器，得到一个稳定、高精度的数字输出信号，该数字信号代表一定温度信息，通过比例计算公式得到准确的温度信息，该电路结构合理，且仅需较小面积即可实现稳定、准确的温度信息。

本发明具体解决方案如下：

一种宽温范围的CMOS温度传感器电路，其特殊之处在于：包括温度检测电路、模数转换器和时钟产生电路，所述温度检测电路是检测电路内部的温度并产生一个宽温度范围的线性温度电压值，所述模数转换器是在宽温度范围内根据一定的比例运算关系将线性温度电压值转换成相应的数字信号；所述时钟产生电路用于向模数转换器提供时钟信号。

上述温度检测电路包括基准电压电路和线性电压产生电路，

所述基准电压电路产生一个与温度无关的基准电压信号VREF和一个PN结电压信号VPN，其PN结电压信号VPN为负温度系数电压；

所述线性电压产生电路包括电流镜I1、电流镜I2、PMOS管M1、PMOS管M2，

所述PMOS管M1的源端接电流镜I1，PMOS管M1的漏端接地，PMOS管M1的栅端接PN结电压信号VPN；

所述PMOS管M2的源端接电流镜I2，PMOS管M2的漏端接地，PMOS管M2的栅端接基准电压信号VREF；

PMOS管M1的源端和PMOS管M2的源端输出线性温度电压值(VPTATP，VPTATM)。

上述模数转换器包括带比例运算的采样保持电路和模数转换单元，

所述带比例运算的采样保持电路包括正向单元和反向单元，

所述正向单元包括开关S0、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、开关S8、开关S9、电容C1、电容C2以及电容C3；开关S4、开关S5和开关S0的一端均连接于A点，开关S4的另一端接基准电压信号VREF，开关S5的另一端接地，开关S0的另一端、开关S1的一端和电容C1的一端连接于B点，开关S1的另一端接地，开关S2、开关S3和电容C2的一端连接于C点，开关S2的另一端接基准电压信号VREF，开关S3的另一端接地，开关S6、开关S7和电容C3的一端连接于D点，开关S6和开关S7的另一端接线性温度电压值(VPTATP，VPTATM)，电容C3的另一端、电容C2的另一端、开关S9的一端和开关S8的一端连接于E点，开关S9的另一端接基准电压信号VREF，开关S8的另一端输出模拟信号VINN；

所述反向单元包括开关S10、开关S11、开关S12、开关S13、开关S14、开关S15、开关S16、开关S17、开关S18、开关S19、电容C4、电容C5以及电容C6；开关S10、开关S11和开关S12的一端均连接于F点，开关S10的另一端接基准电压信号VREF，开关S11的另一端接地，开关S12的另一端、开关S13的一端和电容C4的一端连接于G点，开关S13的另一端接地，开关S14、开关S15和电容C5的一端连接于H点，开关S14的另一端接基准电压信号VREF，开关S15的另一端接地，开关S16、开关S17和电容C6的一端连接于I点，开关S16和开关S17的另一端接线性温度电压值(VPTATP，VPTATM)，电容C5的另一端、电容C4的另一端、开关S18的一端和开关S19的一端连接于P点，开关S18的另一端接基准电压信号VREF，开关S19的另一端输出模拟信号VINP；

模拟信号VINP和模拟信号VINN作为模数转换单元输入。

上述宽温度范围为-70℃-185℃之间。

本发明电路系统结构的优点如下：

1、本发明提供的电路系统结构，利用CMOS工艺特性和先进的模数转换器，具有宽温度范围、所需面积小、功耗低、输出温度精度高特点，解决了传统CMOS集成温度传感器检测温度范围小和输出精度不高的问题。

2、本发明的一种宽温范围的CMOS温度传感器电路，实现了面积的小型化，提高了检测温度范围和精度，而且，该电路系统结构简单，可广泛应用。

附图说明

图1是本发明的电路系统结构图；

图2是本发明温度检测电路的结构示意图；

图3为本发明采样保持电路的正向单元结构示意图；

图4为本发明采样保持电路的反向单元结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的电路系统结构进行清楚、完整地表述。显然，所表述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种宽温范围的CMOS温度传感器电路，包括温度检测电路、模数转换器和时钟产生电路，温度检测电路是检测电路内部的温度并产生一个宽温度范围的线性温度电压值，模数转换器是在宽温度范围内根据一定的比例运算关系将线性温度电压值转换成相应的数字信号；时钟产生电路用于向模数转换器提供时钟信号。

宽温度范围为-70℃～185℃之间。

如图2所示，温度检测电路的结构示意图，温度检测电路包括基准电压电路和线性电压产生电路，基准电压电路产生一个与温度无关的基准电压信号VREF和一个PN结电压信号VPN，其PN结电压信号VPN为负温度系数电压；线性电压产生电路包括电流镜I1、电流镜I2、PMOS管M1、PMOS管M2，PMOS管M1的源端接电流镜I1，PMOS管M1的漏端接地，PMOS管M1的栅端接PN结电压信号VPN；PMOS管M2的源端接电流镜I2，PMOS管M2的漏端接地，PMOS管M2的栅端接基准电压信号VREF；PMOS管M1的源端和PMOS管M2的源端输出线性温度电压值(VPTATP，VPTATM)。

模数转换器包括带比例运算的采样保持电路和模数转换单元，

带比例运算的采样保持电路包括正向单元和反向单元，

如图3所示，正向单元包括开关S0、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、开关S8、开关S9、电容C1、电容C2以及电容C3；开关S4、开关S5和开关S0的一端均连接于A点，开关S4的另一端接基准电压信号VREF，开关S5的另一端接地，开关S0的另一端、开关S1的一端和电容C1的一端连接于B点，开关S1的另一端接地，开关S2、开关S3和电容C2的一端连接于C点，开关S2的另一端接基准电压信号VREF，开关S3的另一端接地，开关S6、开关S7和电容C3的一端连接于D点，开关S6和开关S7的另一端接线性温度电压值(VPTATP，VPTATM)，电容C3的另一端、电容C2的另一端、开关S9的一端和开关S8的一端连接于E点，开关S9的另一端接基准电压信号VREF，开关S8的另一端输出模拟信号VINN；

如图4所示，反向单元包括开关S10、开关S11、开关S12、开关S13、开关S14、开关S15、开关S16、开关S17、开关S18、开关S19、电容C4、电容C5以及电容C6；开关S10、开关S11和开关S12的一端均连接于F点，开关S10的另一端接基准电压信号VREF，开关S11的另一端接地，开关S12的另一端、开关S13的一端和电容C4的一端连接于G点，开关S13的另一端接地，开关S14、开关S15和电容C5的一端连接于H点，开关S14的另一端接基准电压信号VREF，开关S15的另一端接地，开关S16、开关S17和电容C6的一端连接于I点，开关S16和开关S17的另一端接线性温度电压值(VPTATP，VPTATM)，电容C5的另一端、电容C4的另一端、开关S18的一端和开关S19的一端连接于P点，开关S18的另一端接基准电压信号VREF，开关S19的另一端输出模拟信号VINP；

模拟信号VINP和模拟信号VINN作为模数转换单元输入。

本发明提供一种宽温范围的CMOS温度传感器电路系统结构，该系统结构主要包括温度检测电路、模数转换器和时钟产生电路，工作包括以下步骤：

步骤1，温度检测电路工作。

具体为，系统中温度检测电路根据所处的环境中温度和电路参数，得到两个与温度有关的电压信号。

步骤2，时钟产生电路工作。

具体为，在温度检测电路同时工作时，时钟产生电路得到模数转换器所需要的时钟信号，作为控制信号。

步骤3，模数转换器工作。

具体为，模数转换器接收来自温度检测电路的输出电压信号，进行计算并转换为数字信号。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种宽温范围的CMOS温度传感器电路，其特征在于：包括温度检测电路、模数转换器和时钟产生电路，所述温度检测电路是检测电路内部的温度并产生一个宽温度范围的线性温度电压值，所述模数转换器是在宽温度范围内根据一定的比例运算关系将线性温度电压值转换成相应的数字信号；所述时钟产生电路用于向模数转换器提供时钟信号。

2.根据权利要求1所述的宽温范围的CMOS温度传感器电路，其特征在于：所述温度检测电路包括基准电压电路和线性电压产生电路，

所述基准电压电路产生一个与温度无关的基准电压信号VREF和一个PN结电压信号VPN，其PN结电压信号VPN为负温度系数电压；

所述线性电压产生电路包括电流镜I1、电流镜I2、PMOS管M1、PMOS管M2，

所述PMOS管M1的源端接电流镜I1，PMOS管M1的漏端接地，PMOS管M1的栅端接PN结电压信号VPN；

所述PMOS管M2的源端接电流镜I2，PMOS管M2的漏端接地，PMOS管M2的栅端接基准电压信号VREF；

PMOS管M1的源端和PMOS管M2的源端输出线性温度电压值(VPTATP，VPTATM)。

3.根据权利要求1所述的宽温范围的CMOS温度传感器电路，其特征在于：所述模数转换器包括带比例运算的采样保持电路和模数转换单元，

所述带比例运算的采样保持电路包括正向单元和反向单元，

所述正向单元包括开关S0、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、开关S8、开关S9、电容C1、电容C2以及电容C3；开关S4、开关S5和开关S0的一端均连接于A点，开关S4的另一端接基准电压信号VREF，开关S5的另一端接地，开关S0的另一端、开关S1的一端和电容C1的一端连接于B点，开关S1的另一端接地，开关S2、开关S3和电容C2的一端连接于C点，开关S2的另一端接基准电压信号VREF，开关S3的另一端接地，开关S6、开关S7和电容C3的一端连接于D点，开关S6和开关S7的另一端接线性温度电压值(VPTATP，VPTATM)，电容C3的另一端、电容C2的另一端、开关S9的一端和开关S8的一端连接于E点，开关S9的另一端接基准电压信号VREF，开关S8的另一端输出模拟信号VINN；

所述反向单元包括开关S10、开关S11、开关S12、开关S13、开关S14、开关S15、开关S16、开关S17、开关S18、开关S19、电容C4、电容C5以及电容C6；开关S10、开关S11和开关S12的一端均连接于F点，开关S10的另一端接基准电压信号VREF，开关S11的另一端接地，开关S12的另一端、开关S13的一端和电容C4的一端连接于G点，开关S13的另一端接地，开关S14、开关S15和电容C5的一端连接于H点，开关S14的另一端接基准电压信号VREF，开关S15的另一端接地，开关S16、开关S17和电容C6的一端连接于I点，开关S16和开关S17的另一端接线性温度电压值(VPTATP，VPTATM)，电容C5的另一端、电容C4的另一端、开关S18的一端和开关S19的一端连接于P点，开关S18的另一端接基准电压信号VREF，开关S19的另一端输出模拟信号VINP；

模拟信号VINP和模拟信号VINN作为模数转换单元输入。

4.根据权利要求1-3之任一所述的宽温范围的CMOS温度传感器电路，其特征在于：所述宽温度范围为-70℃-185℃之间。