CN104485963B - 应用于温度检测及运算的cmos开关电容采样保持电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于温度检测及运算的CMOS开关电容采样保持电路，电路结构主要由温度检测电路、开关采样电路和全差分运放电路三部分构成，温度检测电路提供与温度相关的电压信号，开关采样电路根据采样电容和开关相位关系提供比例运算，全差分运放电路连同开关采样电路完成对温度相关电压信号的采样保持。本发明提供的电路系统结构，利用CMOS的温度特性和采样保持功能，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
技术领域
本发明属于为电子电路设计技术，涉及一种应用于温度检测及运算的CMOS开关电容采样保持电路。
背景技术
CMOS温度检测电路可以广泛应用于各种需要感知温度的电路和系统中。温度检测电路的实现方法多种多样，通常采用的独立器件有热电偶、热敏电阻等，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。基于CMOS工艺的温度检测电路及后续计算处理的采样保持电路，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
本发明提供一种应用于温度检测及运算的CMOS开关电容采样保持电路。
本发明具体解决方案如下：
应用于温度检测及运算的CMOS开关电容采样保持电路，其特征在于：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的另一端分别接线性温度电压值VPTATP和VPTATM，电容C3的另一端、电容C2的另一端、电容C1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的另一端分别接线性温度电压值VPTATP和VPTATM，电容C6的另一端、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。
根据电容和开关原理和比例关系、电荷守恒原理，带比例运算的采样保持电路正向单元能够计算得到：
式中：
VPTATP-VPTATM两个与温度成反比电压相减的电压值，V；
C3——VPTATP与VPTATM采样电容，pF；
VREF——基准电压，V；
C1——反馈采样电容，pF；
C2——参考电压值采样电容，pF；
PWM——采样保持输出结果。
本发明电路系统的优点如下：
1、本发明应用于温度检测及运算的CMOS开关电容采样保持电路，根据CMOS工艺特性得到两路不同温度特性和参数的电压信号，根据采样电容和开关相位关系提供比例运算，连同开关采样电路完成对温度相关电压信号的采样保持，具有宽温度范围、所需面积小、功耗低、输出精度高特点，解决了传统CMOS集成温度传感器检测和计算的温度范围小和输出精度不高的问题。
2、本发明应用于温度检测及运算的CMOS开关电容采样保持电路，利用CMOS的温度特性和采样保持功能，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，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是本发明的电路结构图；
图2是带比例运算的采样保持电路的正向单元结构示意图；
图3是带比例运算的采样保持电路的反向单元结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，应用于温度检测及运算的CMOS开关电容采样保持电路，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，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的另一端分别接线性温度电压值VPTATP和VPTATM，电容C3的另一端、电容C2的另一端、电容C1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；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的另一端分别接线性温度电压值VPTATP和VPTATM，电容C6的另一端、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。
温度检测电路包括基准电压、电流镜与电压处理电路，基准电压电路产生一个与温度无关的基准电压信号和一个PN结电压信号，其PN结电压为负温度系数电压；电流镜与电压处理电路是基于基准电压电路，根据一定的电流比例关系对基准电压信号和PN结电压信号进行比例计算，得到两路不同温度特性和参数的电压信号。
开关采样电路根据采样电容和开关相位关系提供比例运算。
全差分运放电路包括一个折叠共源共栅的差分放大和共模反馈两部分构成，连同开关采样电容和保持电容完成对温度相关电压信号的采样保持。
根据电容和开关原理和比例关系、电荷守恒原理，带比例运算的采样保持电路正向单元能够计算得到：
式中：
VPTATP-VPTATM两个与温度成反比电压相减的电压值，V；
C3——VPTATP与VPTATM采样电容，pF；
VREF——基准电压，V；
C1——反馈采样电容，pF；
C2——参考电压值采样电容，pF；
PWM——采样保持输出结果。
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】开关采样电路工作：
具体为，根据电容比例关系和开关时序要求，对输入两个与温度有关的电压信号进行比例运算。
步骤3】全差分运放电路工作：
具体为，连同开关采样电路完成对温度相关电压信号的采样保持。
Claims (2)
1.应用于温度检测及运算的CMOS开关电容采样保持电路，其特征在于：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的另一端分别接线性温度电压值VPTATP和VPTATM，电容C3的另一端、电容C2的另一端、电容C1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的另一端分别接线性温度电压值VPTATP和VPTATM，电容C6的另一端、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。
2.根据权利要求1所述的应用于温度检测及运算的CMOS开关电容采样保持电路，其特征在于：根据电容和开关原理和比例关系、电荷守恒原理，带比例运算的采样保持电路正向单元能够计算得到：
<mrow>
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<mfrac>
<mrow>
<mi>C</mi>
<mn>2</mn>
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<mrow>
<mi>C</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中：
VPTATP-VPTATM两个与温度成反比电压相减的电压值，V；
C3——VPTATP与VPTATM采样电容，pF；
VREF——基准电压，V；
C1——反馈采样电容，pF；
C2——参考电压值采样电容，pF；
PWM——采样保持输出结果。
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