CN107255529A - 一种高精度温度传感器 - Google Patents

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汤路阳
刘振兴
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    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions

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Abstract

本发明公开了一种高精度温度传感器，包括带隙基准电路模块，带隙基准电路模块将包括两个生成PTAT基准电流的双极结型晶体管，输入两个双极结型晶体管电压分别为VBEH高电压信号和VBEL低电压信号，将VBEH高电压信号和VBEL低电压信号输出至数据选择器的信号输入端，数据选择器的信号输出端通过第一缓冲器连接一阶调制器的输入端。本发明消除了带隙基准电路模块内部运放的offset失调电压以及电流镜的电流失配，电阻和BJT双极结型晶体管失陪引起的误差，从而提升温度传感器的测量的精度，适合运用推广。

Description

一种高精度温度传感器
技术领域
本发明属于集成电子电路领域，具体涉及一种高精度温度传感器的设计。
背景技术
目前，我国集成电子电路行业发展迅速，度温度传感器的种类也很多，但是仍然面临着很多方面的挑战，需求寻找满足客户的解决方案。传统传感器使用的是双极型晶体管的基极发射极电压VBE作为测温信号，通过直流低频信号直接测量出温度的变化。从集电极电流IC就是指的集电极电流和基极-发射极电压VBE就是指的基极—发射极电压之间著名的指数关系，可以得到VBE与绝对温度T的关系函数。VBE(T)几乎是温度的线性函数，其典型的斜率是-2mV/K。如果集电极电流比是常数，两个不同集电极电流IC1和IC2驱动的晶体管VBE的差值ΔVBE就是指的基极—发射极电压的差值与绝对温度成正比关系(PTAT)在一个带隙基准电压源中，放大的ΔVBE加到VBE上产生一个与温度无关的基准电压VREF就是指的基准电压，在后面的ADC指的模数转换器中可以利用这些量准确的测量出与温度正比的物理量，从而计算得到比较准确的温度值。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种高精度温度传感器，可以有效提升温度传感器的测量的精度。
本发明提供的一种高精度温度传感器，包括带隙基准电路模块，带隙基准电路模块将包括两个生成PTAT基准电流的双极结型晶体管，输入两个双极结型晶体管电压分别为VBEH高电压信号和VBEL低电压信号，将VBEH高电压信号和VBEL低电压信号输出至数据选择器的信号输入端，数据选择器的信号输出端通过第一缓冲器连接一阶调制器的输入端。
较佳地，还包括时钟控制模块，时钟控制模块的信号输出端分别连接带隙基准电路模块、数据选择器和一阶调制器。
较佳地，带隙基准电路模块包括两个恒流源，第一恒流源的输出端连接第一双极结型晶体管Q1的发射极，第二恒流源的输出端通过电阻R连接第二双极结型晶体管Q2的发射极。
较佳地，VBEL低电压信号从第二双极结型晶体管Q2的发射极和电阻R之间输出。
较佳地，VBEH高电压信号从第一双极结型晶体管Q1的发射极和第一恒流源的输出端之间输出。
较佳地，还包括第二缓冲器，第二缓冲器的输入端连接有时钟控制模块的信号输出端和带隙基准电路模块的标准温度系数输出端，第二缓冲器的输出端连接一阶调制器的输入端。
较佳地，一阶调制器的输出端连接抽取滤波器。
本发明的有益效果在于：传统方案在带隙基准电路模块内部，存在运放的offset指的失调电压，电流镜的电流失配，而电阻和BJT双极结型晶体管的失配都会引起BJT双极结型晶体管电流极大地偏离理想值，造成VBG指的带隙基准电压偏离理想值过大，引起误差。由于上电压和抽取滤波器的VREF就是指的基准电压、VCM就是指的共模电压都需要驱动能力，所以buffer就是指的缓冲器不可避免，这又引入了新的误差源。本发明消除了带隙基准电路模块内部运放的offset就是指的失调电压电压以及电流镜的电流失配，电阻和BJT双极结型晶体管失陪引起的误差，从而提升温度传感器的测量的精度，适合运用推广。根据实际应用结果表明，采用该方案的温度传感器，可以大大提升温度测量的精度，通常的手机温度传感器在-20度到120度的范围内精度在正负5度左右，然而采用此方案的温度传感器，精度可以达到正负1.5度左右，根据制造工艺的不同，甚至可以达到正负0.5度。
附图说明
图1为本发明实施例一的电路结构示意图。
图中：1-带隙基准电路模块，1.1-第一恒流源，1.2-第二恒流源，2-数据选择器，3-第一缓冲器，4-一阶调制器，5-时钟控制模块，6-抽取滤波器，7-第二缓冲器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
一种高精度温度传感器，包括带隙基准电路模块1(Bandgap with chop)，带隙基准电路模块1将包括两个生成PTAT基准电流的双极结型晶体管，输入两个双极结型晶体管电压分别为VBEH高电压信号和VBEL低电压信号，将VBEH高电压信号和VBEL低电压信号输出至数据选择器2(MUX)的信号输入端，数据选择器2的信号输出端通过第一缓冲器3(BUF)连接一阶调制器4(1st order Sigma-delta modulator/ΣΔ调制器)的输入端，一阶调制器4的输出端连接抽取滤波器6(modulator)。一阶调制器4把第一缓冲器3输出的模拟信号转换成数字信号，然后通过外接的抽取滤波器6完成数字输出。
本实施例还包括时钟控制模块5(Clock and Control logic)，时钟控制模块5的信号输出端分别连接带隙基准电路模块1、数据选择器2和一阶调制器4。
带隙基准电路模块1包括两个恒流源，第一恒流源1.1的输出端连接第一双极结型晶体管Q1的发射极，第二恒流源1.2的输出端通过电阻R连接第二双极结型晶体管Q2的发射极。
VBEL低电压信号从第二双极结型晶体管Q2的发射极和电阻R之间输出。
VBEH高电压信号从第一双极结型晶体管Q1的发射极和第一恒流源1.1的输出端之间输出。
本实施例还包括第二缓冲器7，第二缓冲器7的输入端连接有时钟控制模块5的信号输出端和带隙基准电路模块1的标准温度系数输出端，第二缓冲器7的输出端连接一阶调制器4的输入端。具体来说，带隙基准电路模块1产生一个0.9V的零温度系数电压VBG输入值第二缓冲器7。
所述数据选择器2使用时钟控制模块5输出的TS_VBE_SEL信号选通，通过一个单位增益运放后，送入到一阶调制器4作为输入。
本实施例所述的高精度温度传感器安装有带隙基准电路模块1、时钟控制模块5、数据选择器2，带隙基准电路模块1内部对运放和电流镜采用chop断续方式消除它们各自失配的影响，VBG通路buffer就是指的缓冲器默认是没有chop断续功能的，可以打开chop断续功能来进一步消除VBG从带隙基准模块输出到一阶调制器4输出这条通路上各offset就是指的失调电压电压的影响；所述时钟控制模块5为温度传感器中的各个模块提供统一的时钟脉冲控制信号；所述数据选择器2采用的2选1的数据选择器2，根据片选信号选择VBEH或是VBEL。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种高精度温度传感器，包括带隙基准电路模块(1)，其特征在于：所述带隙基准电路模块(1)包括两个生成PTAT基准电流的双极结型晶体管，VBEH高电压信号和VBEL低电压信号分别输入两个所述双极结型晶体管电压，所述VBEH高电压信号和VBEL低电压信号还输出至所述数据选择器(2)的信号输入端，所述数据选择器(2)的信号输出端通过第一缓冲器(3)连接一阶调制器(4)的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种高精度温度传感器，其特征在于：还包括时钟控制模块(5)，所述时钟控制模块(5)的信号输出端分别连接所述带隙基准电路模块(1)、所述数据选择器(2)和所述一阶调制器(4)。
3.根据权利要求1所述的一种高精度温度传感器，其特征在于：所述带隙基准电路模块(1)还包括第一恒流源(1.1)和第二恒流源(1.2)，两个所述双极结型晶体管分别记为第一双极结型晶体管Q1和第二双极结型晶体管Q2；所述第一恒流源(1.1)的输出端连接所述第一双极结型晶体管Q1的发射极，所述第二恒流源(1.2)的输出端通过电阻R连接所述第二双极结型晶体管Q2的发射极。
4.根据权利要求3所述的一种高精度温度传感器，其特征在于：所述VBEL低电压信号从所述第二双极结型晶体管Q2的发射极和所述电阻R之间输出。
5.根据权利要求3所述的一种高精度温度传感器，其特征在于：所述VBEH高电压信号从所述第一双极结型晶体管Q1的发射极和所述第一恒流源(1.1)的输出端之间输出。
6.根据权利要求2所述的一种高精度温度传感器，其特征在于：还包括第二缓冲器(7)，所述第二缓冲器(7)的输入端连接有所述时钟控制模块(5)的信号输出端和所述带隙基准电路模块(1)的标准温度系数输出端，所述第二缓冲器(7)的输出端连接所述一阶调制器(4)的输入端。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种高精度温度传感器，其特征在于：所述一阶调制器(4)的输出端连接抽取滤波器(6)。
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