CN106482850B - 温度检测装置以及温度检测方法 - Google Patents

Abstract

温度检测装置以及温度检测方法。该温度检测装置包括：第一二极管、第二二极管、电流源、模拟数字转换器、数字计算器以及电压温度转换器。电流源选择性地输出直流电流至第一二极管以及第二二极管而分别产生第一电压以及第二电压。模拟数字转换器根据参考电压，将第一电压转换成第一数字信号，将第二电压转换成第二数字信号。数字计算器利用第一数字信号以及第二数字信号而计算商数，其中商数为第一电压以及第二电压的差与第二电压的比值。电压温度转换器根据商数，产生温度读数。

Description

温度检测装置以及温度检测方法

技术领域

本发明涉及一种温度检测装置以及温度检测方法，特别涉及一种不需依赖参考电压的精准度的温度检测装置以及温度检测方法。

背景技术

温度检测装置可用来监测电子装置的温度，例如监测微处理器的温度。当测量到温度超过临限值时，温度检测装置会警告微处理器，使得微处理器采取适当的行动,例如关闭微处理器或限制微处理器之效能,以降低温度。若没有即时的采取适当的行动，微处理器会过热使得微处理器发生灾难性之故障。因此，得到准确的温度对于电子装置的保护具有显著的影响。

一般来说，温度检测装置通常会利用二极管的跨压与环境温度之间的关系，进而通过二极管的跨压来推算环境温度。然而，二极管的跨压与环境温度之间并非为线性关系，使得利用二极管的跨压推算环境温度仍有误差存在。

即使具有准确的二极管的跨压与环境温度的对应关系，模拟数字转换器仍需要准确的参考电压才能测量到准确的二极管的跨压，才能得到准确的环境温度。然而，电路中要产生精准的参考电压必须付出很多生产成本。因此，我们有需要一个具有精准且有效率的温度测量装置以及温度测量方法，来改善这些问题。

发明内容

有鉴于此，一种温度检测装置，包括：一第一二极管、一第二二极管、一电流源、一模拟数字转换器、一数字计算器以及一电压温度转换器。上述第一二极管的阳极端耦接至一第一电压的一第一节点，阴极端耦接至一接地端。上述第二二极管的阳极端耦接至一第二电压的一第二节点，阴极端耦接至上述接地端。上述电流源选择性地输出一直流电流至上述第一节点以及上述第二节点。上述模拟数字转换器根据一参考电压，将上述第一电压转换成一第一数字信号以及将上述第二电压转换成一第二数字信号。上述数字计算器利用上述第一数字信号以及上述第二数字信号计算一比值，其中上述比值为上述第一电压以及上述第二电压的差与上述第二电压的比值。上述电压温度转换器根据上述比值产生一温度读数。

根据本发明的一实施例，上述第一二极管具有一第一截面面积，上述第二二极管具有一第二截面面积，其中上述第二截面面积为上述第一截面面积的一整数倍。

根据本发明的一实施例，上述电压温度转换器将上述比值代入一多项式而产生上述温度读数，其中上述多项式包括多个系数，其中上述多项式以及上述系数存储于一寄存器中。

根据本发明的一实施例，温度检测装置还包括：一选择器以及一线性稳压器。上述选择器根据一选择信号选择上述直流电流流至上述第一节点以及上述第二节点中的一个。上述线性稳压器用以提供上述参考电压。

根据本发明的一实施例，当获得上述第一电压以及上述第二电压的差时，上述模拟数字转换器接收上述中间电压而输出一偏移信号，其中上述中间电压为上述参考电压的一半，上述偏移信号代表上述模拟数字转换器的一偏移电压，其中上述比值为上述第一电压以及上述第二电压的差与上述第二电压以及上述偏移电压的差的比值。

根据本发明的一实施例，温度检测装置还包括：一修补电阻。上述修补电阻耦接于上述第一节点以及上述第一二极管之间，用以调整上述第一电压以及上述第二电压的差与上述温度读数的关系，以提升上述温度读数的精准度。

本发明还提出一种温度检测方法，适用于一第一二极管以及第二二极管，包括：将一直流电流流经上述第一二极管而产生一第一电压；利用一模拟数字转换器，根据一参考电压将上述第一电压转换成一第一数字信号；将上述直流电流流经上述第二二极管而产生一第二电压；利用上述模拟数字转换器，根据上述参考电压将上述第二电压转换成一第二数字信号；利用上述第一数字信号以及上述第二数字信号计算一比值，其中上述比值为上述第一电压以及上述第二电压的差与上述第二电压的比值；以及根据上述比值产生一温度读数。

根据本发明的一实施例，上述第一二极管具有一第一截面面积，上述第二二极管具有一第二截面面积，其中上述第二截面面积为上述第一截面面积的一整数倍。

根据本发明的一实施例，其中上述根据上述比值产生上述温度读数的步骤包括：将上述比值代入一多项式，利用上述比值、上述多项式以及上述系数，计算上述温度读数，其中上述多项式包括多个系数，其中上述多项式以及上述系数存储于一寄存器中。

根据本发明的一实施例，在将上述直流电流流经上述第一二极管而产生上述第一电压的步骤前还包括：利用一线性稳压器，提供上述参考电压；以及利用一选择器，根据一选择信号选择上述直流电流流至上述第一节点以及上述第二节点中的一个。

根据本发明的一实施例，在上述利用上述选择器根据上述选择信号选择上述直流电流流至上述第一节点以及上述第二节点中的一个的步骤前还包括：当获得上述第一电压以及上述第二电压的差时，利用上述模拟数字转换器接收上述中间电压，而输出一偏移信号，其中上述中间电压为上述参考电压的一半，上述偏移信号代表上述模拟数字转换器的一偏移电压。上述利用上述第一数字信号以及上述第二数字信号计算上述比值的步骤包括：根据上述偏移信号，计算上述比值，其中上述比值为上述第一电压以及上述第二电压的差与上述第二电压以及上述偏移电压的差的比值。

根据本发明的一实施例，温度检测方法还包括：利用一修补电阻，调整上述第一电压以及上述第二电压的差与上述温度读数的关系，以提升上述温度读数的精准度，其中上述修补电阻与上述第一二极管串接。

附图说明

图1是显示根据本发明的一实施例所述的温度检测装置的示意图；

图2是显示根据本发明的另一实施例所述的温度检测装置的示意图；以及

图3是显示根据本发明的一实施例所述的温度检测方法的流程图。

具体实施方式

以下说明为本发明的实施例。其目的是要举例说明本发明一般性的原则，不应视为本发明的限制，本发明的范围当以权利要求书所界定者为准。

值得注意的是，以下所公开的内容可提供多个用以实践本发明的不同特点的实施例或范例。以下所述的特殊的元件范例与安排仅用以简单扼要地阐述本发明的精神，并非用以限定本发明的范围。此外，以下说明书可能在多个实施例中重复使用相同的元件符号或文字。然而，重复使用的目的仅为了提供简化并清楚的说明，并非用以限定多个以下所讨论的实施例和/或配置之间的关系。此外，以下说明书所述的一个特征连接至、耦接至和/或形成于另一特征之上等的描述，实际可包含多个不同的实施例，包括该等特征直接接触，或者包含其它额外的特征形成于该等特征之间等等，使得该等特征并非直接接触。

图1是显示根据本发明的一实施例所述的温度检测装置的示意图。如图1所示，温度检测装置100包括第一二极管101、第二二极管102、电流源103、模拟数字转换器120、数字计算器130以及电压温度转换器140。

第一二极管101的阳极端耦接至第一节点N1，第一二极管101的阴极端耦接至接地端。第二二极管102的阳极端耦接至第二节点N2，第二二极管102的阴极端耦接至接地端。根据本发明的一实施例，第一二极管101具有第一截面面积，第二二极管102具有第二截面面积，其中第二截面面积为第一截面面积的N倍，其中N为正整数。

电流源103选择性地输出直流电流I至第一节点N1以及第二节点N2，当直流电流I流经第一二极管101时，第一二极管101在第一节点N1产生第一电压V1；当直流电流I流经第二二极管102时，第二二极管102在第二节点N2产生第二电压V2。

模拟数字转换器120分别接收第一电压V1以及第二电压V2。当模拟数字转换器120接收第一电压V1时，模拟数字转换器120根据参考电压VREF，将第一电压V1转换为第一数字信号SD1；当模拟数字转换器120接收第二电压V2时，模拟数字转换器120根据参考电压VREF，将第二电压V2转换为第二数字信号SD2。

根据本发明的一实施例，当数字计算器130先后接收到第一数字信号SD1以及第二数字信号SD2后，数字计算器130利用第一数字信号SD1以及第二数字信号SD2计算比值,即商数Q，其中商数Q为第一电压V1以及第二电压V2的差与第二电压V2的比值，亦即电压温度转换器140根据商数Q而产生温度读数T。根据本发明的一实施例，数字计算器130具有一寄存器(图1中并未显示)，用以暂存第一数字信号SD1以及第二数字信号SD2，以利商数Q的计算。

如图1所示，第二二极管102可以包括多个二极管或多个三极管或其组合，当第二二极管102包括多个二极管或多个三极管或其组合时，第二二极管102的截面为面积多个二极管或多个三极管或其组合的截面面积之和。

图2是显示根据本发明的另一实施例所述的温度检测装置的示意图。将图2与图1相比，温度检测装置200除了包括第一二极管201、第二二极管202、电流源203、模拟数字转换器220、数字计算器230以及电压温度转换器240之外，还包括选择器204、修补电阻205以及线性稳压器210。

选择器204根据选择信号SC，选择直流电流I流至第一节点N1以及第二节点N2中的一个，当电流流至第一节点N1时，获得第一电压V1，当电流流至第二节点N2时，获得第二电压V2，并且选择器204也可根据选择信号SC，将直流电流I切换流至第一节点N1以及第二节点N2的任何一个，从而获得第一电压V1以及第二电压V2的差值。线性稳压器210用以产生参考电压VREF，并将产生的参考电压VREF提供至模拟数字转换器220。线性稳压器210更提供中间电压VM至模拟数字转换器220，其中中间电压VM的值小于参考电压VREF。在一个实施例中，该线性稳压器210可以为线性低压稳压器

根据本发明的一实施例，中间电压VM为参考电压VREF利用电阻分压所产生。根据本发明的一实施例，由于参考电压VREF以及中间电压VM由线性稳压器210所产生，因而可降低电源上的噪声对参考电压VREF的精准度的影响，进而提升模拟数字转换器220的测量精准度。

根据本发明的另一实施例，当选择器204将直流电流I流至第一节点N1以及第二节点N2中的一个之前，选择器204停止将直流电流I流至第一节点N1以及第二节点N2的任何一个。模拟数字转换器220接收中间电压VM而输出偏移信号SOS，其中偏移信号SOS代表模拟数字转换器220内部的偏移电压VOS。

数字计算器230随即根据公式1，计算商数Q。因此，商数Q则为第一电压V1以及第二电压V2的差与第二电压V2以及偏移电压VOS的差的比值。根据本发明的一实施例，数字计算器230具有寄存器(图2中并未显示)，用以存储第一数字信号SD1、第二数字信号SD2以及偏移信号SOS，以利计算商数Q。

根据本发明的一实施例，电压温度转换器240将商数Q带入公式2，以产生温度读数T，其中公式2为一多项式包括多个系数C4、C3、C2、C1以及C0，公式2显示如下：

T＝C4×Q⁴+C3×Q³+C2×Q²+C1×Q+C0 公式2

在本发明的一个实施例中，系数C4，C3，C2，C1分别对应的Q的次数可以为其他组合，在公式2中，系数C4，C3，C2，C1分别对应的Q的次数为4,3,2,1,0.在本发明的其他实施例中，系数C4，C3，C2，C1分别对应的Q的次数也可以为5,4,3,1,0或其他组合。

根据本发明的一实施例，公式2为根据实际商数Q与温度读数T的关系，经曲线拟合(curve fitting)所产生，因此公式2可为N次多项式。在此公式2以四次多项式作为说明解释之用，并非以任何形式限定于此。根据公式1可知，商数Q与参考电压VREF无关，因此温度读数T的精准度与参考电压VREF的精准度无关。其中曲线拟合是用连续曲线近似地刻画平面上离散点组所表示的坐标之间的函数关系的一种数据处理方法。在本发明中，所述离散点组所表示的坐标之间的函数关系是指温度T和量化值Q之间的函数关系。根据本发明的一实施例，电压温度转换器240将多项式例如公式2及其多个系数例如系数C4、C3、C2、C1以及C0,存储于寄存器(图2并未显示)中。一旦电压温度转换器240接收到商数Q时，随即将商数Q代入多项式，计算出温度读数T。

修补电阻205耦接于第一节点N1以及第一二极管201之间，用以调整第一电压V1以及第二电压V2的差与温度读数T的关系，以提升温度读数T的精准度。根据本发明的一实施例，经修补电阻205校准后，-40℃～125℃之间全温度范围内的偏差不超过±3℃甚至更优。

图3是显示根据本发明的一实施例所述的温度检测方法的流程图。以下针对图3的叙述，将结合图2，以利详细说明。

首先，利用选择器204，在步骤S1,停止将直流电流I流至第一节点N1以及第二节点N2的任何一个。在步骤S2,利用模拟数字转换器220接收中间电压VM，而输出偏移信号SOS，其中中间电压VM为参考电压VREF之一半，偏移信号SOS代表模拟数字转换器220的偏移电压VOS。在本发明其他实施例中，中间电压VM可以为参考电压的1/3,1/4或者其他比例。

接着，在步骤S3,将直流电流I流经第一二极管201而产生第一电压。在步骤S4,利用模拟数字转换器220，根据参考电压VREF将第一电压V1转换成第一数字信号SD1。并且，步骤S5,将直流电流I流经第二二极管202而产生第二电压V2；步骤S6,利用模拟数字转换器220，根据参考电压VREF将第二电压V2转换成第二数字信号SD2。步骤S7,利用第一数字信号SD1、第二数字信号SD2以及偏移信号SOS计算商数Q，其中商数Q为第一电压V1以及第二电压V2的差与第二电压V2以及偏移电压VOS的比值。最后，步骤S8,根据商数Q产生温度读数T。

由于本发明提出的温度检测装置采用线性稳压器产生参考电压，可减小电源的噪声对模拟数字转换器的测量精准度的干扰。并且，从公式1中可看到，温度读数T与参考电压VREF无关。此外，可在目前温度下，调整图2的修补电阻205进而调整第一电压V1以及第二电压V2的差，使得目前温度与温度读数T进行校准。因此，本发明能够在不增加生产成本的情况下，有效的提升温度读数T的精准度。

以上所述为实施例的概述特征。本领域技术人员应可以轻而易举地利用本发明为基础设计或调整以实行相同的目的和/或达成此处介绍的实施例的相同优点。本领域技术人员也应了解相同的配置不应背离本创作的精神与范围，在不背离本创作的精神与范围下他们可做出各种改变、取代和交替。说明性的方法仅表示示范性的步骤，但这些步骤并不一定要以所表示的顺序执行。可另外加入、取代、改变顺序和/或消除步骤以视情况而作调整，并与所公开的实施例精神和范围一致。

Claims (12)

1.一种温度检测装置，包括：

第一二极管，该第一二极管的阳极端耦接至第一电压的第一节点，该第一二极管的阴极端耦接至接地端；

第二二极管，该第二二极管的阳极端耦接至第二电压的第二节点，该第二二极管的阴极端耦接至上述接地端；

电流源，输出直流电流至上述第一节点或上述第二节点；

模拟数字转换器，根据参考电压，将上述第一电压转换成第一数字信号以及将上述第二电压转换成第二数字信号；

数字计算器，利用上述第一数字信号以及上述第二数字信号计算一比值，其中上述比值为上述第一电压以及上述第二电压的差与上述第二电压的比值；以及

电压温度转换器，将上述比值代入根据实际比值与实际温度读数的关系而产生的多项式，以产生温度读数。

2.如权利要求1所述的温度检测装置，其中上述第一二极管具有第一截面面积，上述第二二极管具有第二截面面积，其中上述第二截面面积为上述第一截面面积的整数倍。

3.如权利要求1所述的温度检测装置，其中上述多项式包括多个系数并且包括上述多个系数与对应的上述比值的次数的乘积的和，其中上述多项式以及上述系数存储于寄存器中。

4.如权利要求1所述的温度检测装置，还包括：

选择器，根据选择信号选择上述直流电流流至上述第一节点以及上述第二节点中的一个；以及

线性稳压器，用以提供上述参考电压。

5.如权利要求4所述的温度检测装置，其中当获得上述第一电压以及上述第二电压的差时，上述模拟数字转换器接收中间电压而输出偏移信号，其中上述中间电压为上述参考电压的一半，上述偏移信号代表上述模拟数字转换器的偏移电压，其中上述比值为上述第一电压以及上述第二电压的差与上述第二电压以及上述偏移电压的差的比值。

6.如权利要求1所述的温度检测装置，还包括：

修补电阻，耦接于上述第一节点以及上述第一二极管之间，用以调整上述第一电压以及上述第二电压的差与上述温度读数的关系，以提升上述温度读数的精准度。

7.一种温度检测方法，适用于第一二极管以及第二二极管，包括：

将直流电流流经上述第一二极管而产生第一电压；

利用模拟数字转换器，根据参考电压将上述第一电压转换成第一数字信号；

将上述直流电流流经上述第二二极管而产生第二电压；

利用上述模拟数字转换器，根据上述参考电压将上述第二电压转换成第二数字信号；

利用上述第一数字信号以及上述第二数字信号计算一比值，其中上述比值为上述第一电压以及上述第二电压的差与上述第二电压的比值；以及

将上述比值代入根据实际比值与实际温度读数的关系而产生的多项式，以产生温度读数。

8.如权利要求7所述的温度检测方法，其中上述第一二极管具有第一截面面积，上述第二二极管具有第二截面面积，其中上述第二截面面积为上述第一截面面积的整数倍。

9.如权利要求7所述的温度检测方法，其中上述多项式包括多个系数并且包括上述多个系数与对应的上述比值的次数的乘积的和，其中上述多项式以及上述系数存储于寄存器中。

10.如权利要求7所述的温度检测方法，其中在将上述直流电流流经上述第一二极管而产生上述第一电压更包括：

通过线性稳压器，提供上述参考电压；以及

通过选择器，根据选择信号选择上述直流电流流至该第一二极管的阳极端耦接至第一电压的第一节点以及该第二二极管的阳极端耦接至第二电压的第二节点中的一个。

11.如权利要求10所述的温度检测方法，其中在上述利用上述选择器根据上述选择信号选择上述直流电流流至上述第一节点以及上述第二节点中的一个的步骤前还包括：

当获得上述第一电压以及上述第二电压的差时，通过上述模拟数字转换器接收中间电压，而输出偏移信号，其中上述中间电压为上述参考电压的一半，上述偏移信号代表上述模拟数字转换器的偏移电压,

其中上述利用上述第一数字信号以及上述第二数字信号计算上述比值包括根据上述偏移信号，计算上述比值，其中上述比值为上述第一电压以及上述第二电压的差与上述第二电压以及上述偏移电压的差的比值。

12.如权利要求7所述的温度检测方法，还包括：

利用修补电阻，调整上述第一电压以及上述第二电压的差与上述温度读数的关系，以提升上述温度读数的精准度，其中上述修补电阻与上述第一二极管串接。