CN107830940A - 一种温度传感器、阵列基板、显示装置 - Google Patents

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李�浩
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Abstract

本发明提供一种温度传感器、阵列基板、显示装置，属于传感器技术领域，其可解决现有的温度传感器中环形振荡器输出频率有高频谐波，影响测试精度的问题。本发明的温度传感器中，在环形振荡器与比较器之间设有低通滤波器，这样环形振荡器输出的方波信号先经过低通滤波器，低通滤波器将环形振荡器输出的方波信号中的高频部分直接滤除，从而提高环形振荡器信噪比，大大提高了温度传感器测试精度。本发明的温度传感器适用于阵列基板中。

Description

一种温度传感器、阵列基板、显示装置
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种温度传感器、阵列基板、显示装置。
背景技术
现有技术中一般使用TFT制作多级环形振荡器检测环形振荡器输出频率来测试温度。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：环形振荡器输出频率有高频谐波，这给后续信号处理带来困扰，影响测试精度。
发明内容
本发明针对现有的温度传感器中环形振荡器输出频率有高频谐波，影响测试精度的问题，提供一种温度传感器、阵列基板、显示装置。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
一种温度传感器，包括：
环形振荡器，用于输出方波信号；
比较器，用于将输入比较器的方波信号与比较器内预存的基准信号作比较后输出比较方波信号；
设于所述环形振荡器与比较器之间的低通滤波器，用于将环形振荡器输出的方波信号滤除高频信号后输出至比较器；
与所述比较器连接的信号转换器，用于将比较器输出的比较方波信号转换为温度值。
优选的是，所述环形振荡器包括n级环形振荡单元，其中，n 为大于或等于5的奇数，每级环形振荡单元包括至少一个第一晶体管和至少一个第二晶体管。
优选的是，每一级的第一晶体管的控制极和源极连接第一电平信号端，每一级的第一晶体管的漏极连接同一级第二晶体管的源极；
所述第一级第二晶体管的控制极连接比较器的第一输入端；除第一级第二晶体管以外的其余第二晶体管的控制极连接与其相邻的上一级第二晶体管的源极和上一级第一晶体管的漏极；每一级第二晶体管的漏极连接第二电平信号端；
第n级第二晶体管的源极、第n级第一晶体管的漏极均连接低通滤波器的输入端。
优选的是，所述低通滤波器包括第一电容，所述第一电容的第一端连接第n级第二晶体管的源极、第n级第一晶体管的漏极和比较器的第一输入端；所述第一电容的第二端接地。
优选的是，所述低通滤波器包括第二电容和第三晶体管；
所述第二电容的第一端连接第三晶体管的漏极和比较器的第一输入端；所述第二电容的第二端接地；
所述第三晶体管的控制极连接第一电平信号端，所述第三晶体管的源极连接第n级第二晶体管的源极、第n级第一晶体管的漏极。
优选的是，所述低通滤波器包括第三电容和第六晶体管；
所述第三电容的第一端连接第六晶体管的漏极和比较器的第一输入端；所述第三电容的第二端接地；
所述第六晶体管的控制极连接高电平信号端，所述第六晶体管的源极连接第n级第二晶体管的源极、第n级第一晶体管的漏极。
优选的是，所述低通滤波器包括第四电容和第一电阻；
所述第四电容的第一端连接第一电阻的第二端和比较器的第一输入端；所述第四电容的第二端接地；
所述第一电阻的第一端连接第n级第二晶体管的源极、第n 级第一晶体管的漏极。
优选的是，所述温度传感器还包括起振器，用于提高环形振
荡器的起振特性。
优选的是，所述起振器包括第四晶体管和第五晶体管；
所述第四晶体管的控制极连接比较器的第一输入端；所述第四晶体管的源极连接第三电平信号端，所述第四晶体管的漏极连接第二晶体管的控制极和第五晶体管的源极；
所述第五晶体管的漏极连接第四电平信号端，所述第五晶体管的控制极连接第五电平信号端。
优选的是，所述信号转换器包括：
与比较器连接的缓冲器，用于将比较器输出的比较方波信号转换为可识别电压信号；
与缓冲器连接的数字信号处理器，用于将缓冲器输出的可识别电压信号进行数字信号处理并经过换算后输出温度值。
本发明还公开一种阵列基板，包括上述的温度传感器。
本发明还公开一种显示装置，包括上述的阵列基板。
本发明的温度传感器中，在环形振荡器与比较器之间设有低通滤波器，这样环形振荡器输出的方波信号先经过低通滤波器，低通滤波器将环形振荡器输出的方波信号中的高频部分直接滤除，从而提高环形振荡器信噪比，大大提高了温度传感器测试精度。本发明的温度传感器适用于阵列基板中。
附图说明
图1为本发明的实施例1的温度传感器的结构示意图；
图2-7为本发明的实施例2的温度传感器的结构示意图；
图8为对比例的温度传感器采集频率信号的波形图；
图9为本发明的实施例2的温度传感器采集频率信号的波形图；
其中，附图标记为：1、环形振荡器；2、低通滤波器；3、比较器；4、信号转换器；41、缓冲器；42、数字信号处理器。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种温度传感器，如图1所示，包括环形振荡器1、比较器3、低通滤波器2、信号转换器4。其中，环形振荡器1用于输出方波信号；低通滤波器2设于所述环形振荡器1与比较器3之间，用于将环形振荡器1输出的方波信号滤除高频信号后输出至比较器3；比较器3用于将输入比较器3的方波信号与比较器3内预存的基准信号作比较后输出比较方波信号；信号转换器4与所述比较器3连接，用于将比较器3输出的比较方波信号转换为温度值。
本实施例的温度传感器中，在环形振荡器1与比较器3之间设有低通滤波器2，这样环形振荡器1输出的方波信号先经过低通滤波器2，低通滤波器2将环形振荡器1输出的方波信号中的高频部分直接滤除，从而提高环形振荡器1信噪比，大大提高了温度传感器测试精度。
实施例2：
本实施例提供一种温度传感器，如图2所示，包括：环形振荡器1、比较器3、低通滤波器2、信号转换器4；低通滤波器2 设于所述环形振荡器1与比较器3之间，信号转换器4与所述比较器3连接。环形振荡器1用于输出方波信号；比较器3用于将输入比较器3的方波信号与比较器3内预存的基准信号作比较后输出比较方波信号；低通滤波器2用于将环形振荡器1输出的方波信号滤除高频信号后输出至比较器3；信号转换器4用于将比较器3输出的比较方波信号转换为温度值。具体的，所述环形振荡器1包括5级环形振荡单元，其中，每级环形振荡单元包括一个第一晶体管T1和一个第二晶体管T2，所述第一晶体管T1为常开晶体管，所述第二晶体管T2为温度影响晶体管。
在对应本实施例的附图2中，显示了一个由5个第一晶体管 T1和5个第二晶体管T2构成的5级环形振荡器1，图2中由左至右，分别为第一级T1a、T2a，第二级T1b、T2b，第三级T1c、T2c，第四级T1d、T2d，第五级T1e、T2e。其中，第一晶体管T1的控制极连接第一电平信号端VGH1，因此其长期处于打开状态，第二晶体管T2受温度影响会产生漏电流，温度越高第二晶体管T2 的漏电流越大。这样常开的第一晶体管T1和第二晶体管T2形成反相器，即多级环形振荡器1，具体的，VGH1为高电平，因为 T1导通，由于温度影响，T2产生漏电流，从而将经过T1的信号经过T2接入低电平端，即第一级第二晶体管T2a的源级经过漏电，从而第二级第二晶体管T2b的栅极关闭，第二级T2b源级为高电位，第三极第二晶体管T2c打开，第二晶体管T2c源级变为低电平，第四级第二晶体管T2d不导通，这样实现环形振荡器1的功能。本实施例中以5级环形振荡器1为例进行了说明，可以理解的是，更多极的环形振荡器1与本实施例类似，在此不再赘述。
作为本实施例中的一种可选实施方案，每一级的第一晶体管 T1的控制极和源极连接第一电平信号端VGH1，每一级的第一晶体管T1的漏极连接同一级第二晶体管T2的源极；所述第一级第二晶体管T2a的控制极连接比较器3的第一输入端；除第一级第二晶体管T2以外的其余第二晶体管T2b、T2c、T2d、T2e的控制极连接上一级第二晶体管T2的源极和上一级第一晶体管T1的漏极；每一级第二晶体管T2的漏极连接第二电平信号端VGL2；第 5级第二晶体管T2e的源极、第5级第一晶体管T1e的漏极连接低通滤波器2的输入端。
在一个实施例中，所述低通滤波器2包括第一电容C1，所述第一电容C1的第一端连接第5级第二晶体管T2e的源极、第5 级第一晶体管T1e的漏极和比较器3的第一输入端；所述第一电容C1的第二端接地。
参见对应本实施例的附图2，低通滤波器2包括一个第一电容C1，这样环形振荡器本身电阻与第一电容C1形成无源RC一阶低通滤波器，也就是说将低通滤波靠对地电容实现，其与环形振荡器1本身电阻构成低通滤波器2，实现滤波功能，达到优化输出信号的作用。
在一个实施例中，所述低通滤波器2包括第二电容C2和第三晶体管T3；所述第二电容C2的第一端连接第三晶体管T3的漏极和比较器3的第一输入端；所述第二电容C2的第二端接地；所述第三晶体管T3的控制极连接第一电平信号端VGH1，所述第三晶体管T3的源极连接第n级第二晶体管T2的源极、第n级第一晶体管T1的漏极。
参见对应本实施例的附图3，低通滤波器2由第二电容C2和第三晶体管T3构成，环形振荡器1输出振荡信号至T3，T3一直处于导通状态，此时第三晶体管T3作为固定电阻使用，T3常开的自身电阻的阻值为兆欧姆级别，第二电容C2的容量为pF级别，通过低通滤波电路频率计算公式，F＝1/2πRC，其中，F是低通滤波截止频率，R是低通滤波器电阻值，C是低通滤波器电容值。可以通过改变电容值的大小，调整低通滤波器2的截止频率。经过低通滤波器2之后，信号进入比较器3，与Vref比较之后输出方波信号，方波信号经过处理，实现频率的测试，得出实测温度值。
在一个实施例中，所述低通滤波器2包括第三电容C3和第六晶体管T6；所述第三电容C3的第一端连接第六晶体管T6的漏极和比较器3的第一输入端；所述第三电容C3的第二端接地；所述第六晶体管T6的控制极连接高电平信号端，所述第六晶体管T6 的源极连接第n级第二晶体管T2的源极、第n级第一晶体管T1 的漏极。
参见对应本实施例的附图4，其与图3的低通滤波器2类似，不同之处仅在于晶体管的栅极使用VDD(外供的额定电压)单独控制，根据不同VDD的栅极电压，控制第六晶体管T6的自身电阻大小，从而调整滤波器的截止频率。具体的，当改变VDD时， T6的等效电阻值随之改变，T6的等效电阻即为低通滤波器的电阻值，由于截止频率F＝1/2πRC，因此截止频率F也就随T6的等效电阻的变化而得到调整。
在一个实施例中，所述低通滤波器2包括第四电容C4和第一电阻R；所述第四电容C4的第一端连接第一电阻的第二端和比较器3的第一输入端；所述第四电容C4的第二端接地；所述第一电阻的第一端连接第n级第二晶体管T2的源极、第n级第一晶体管 T1的漏极。
参见对应本实施例的附图5，其与图3的低通滤波器2类似，不同之处仅在于在环形振荡器1输出端设计一段阻抗比较大的 ITO线路作为电阻R使用，实现滤波功能。
在一个实施例中，所述温度传感器还包括起振器，用于提高环形振荡器1的起振特性。
优选的是，所述起振器包括第四晶体管T4和第五晶体管T5；所述第四晶体管T4的控制极连接比较器3的第一输入端；所述第四晶体管T4的源极连接第三电平信号端VGH3，所述第四晶体管 T4的漏极连接第二晶体管的控制极和第五晶体管T5的源极；所述第五晶体管T5的漏极连接第四电平信号端VGL4，所述第五晶体管T5的控制极连接第五电平信号端VGH5，其中，VGH3、VGH5 为高电平。
参见对应本实施例的附图6，图6中在环形振荡器1之前加两个TFT：第四晶体管T4和第五晶体管T5，通过控制T5的栅极电压，依据TFT的温度特性，调整T5漏电流特性对温度最敏感的电压值，从而可以有效的提高环形振荡器1的起振特性。需要说明的是，图2-5的温度传感器均可以按照图6在环形振荡器1 之前加两个TFT以提高环形振荡器1的起振特性。
在一个实施例中，所述信号转换器4包括缓冲器41和数字信号处理器42，缓冲器41与比较器3连接，用于将比较器3输出的比较方波信号转换为可识别电压信号；数字信号处理器42与缓冲器41连接，用于将缓冲器41输出的可识别电压信号进行数字信号处理并经过换算后输出温度值。具体的，可以先对本实施例的温度传感器进行标定校准，以标准温度变化测试得出本实施例的温度传感器输出振荡频率，并将标准温度下温度传感器输出振荡频率的数据进行预存储(或保存到数据库中)，当使用传感器测试温度时，测试到频率之后与预存储(或数据库)的数据进行对比，从而输出对应的温度值。
参见对应本实施例的附图7，环形振荡器1输出的方波信号经过低通滤波器2之后，信号进入比较器3，与比较器3内预存的 Vref比较之后输出方波信号，经过一级缓冲器41转换为数字信号处理器42可识别电压，然后进入数字信号处理器42进行数字信号处理，实现频率的测试，经过换算公式之后得出实测温度值。
图9为使用本实施例的温度传感器采集频率信号的波形图。图8为与该实施例对应的没有增加低通滤波器2的比较例采集频率信号的波形图。图8中虚线圈起的部分较多，即干扰较大，相对而言可以看出图9的频率波形明显变好。
实施例3：
本实施例提供一种阵列基板，其包括上述实施例的温度传感器。
作为本实施例中的一种优选实施方案，阵列基板包括显示区和显示区边缘的边框区，其中，温度传感器设于边框区，在显示区设有显示晶体管，并且第一晶体管T1、第二晶体管T2与显示晶体管同步形成。
实施例4：
本实施例提供了一种显示装置，其包括上述任意一种阵列基板。所述显示装置可以为：液晶显示面板、电子纸、OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
显然，上述各实施例的具体实施方式还可进行许多变化；例如：各晶体管的具体连接方式可以根据需要进行选择，各晶体管的源漏极设置可以根据需要进行调整。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种温度传感器，其特征在于，包括：
环形振荡器，用于输出方波信号；
比较器，用于将输入比较器的方波信号与比较器内预存的基准信号作比较后输出比较方波信号；
设于所述环形振荡器与比较器之间的低通滤波器，用于将环形振荡器输出的方波信号滤除高频信号后输出至比较器；
与所述比较器连接的信号转换器，用于将比较器输出的比较方波信号转换为温度值。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述环形振荡器包括n级环形振荡单元，其中，n为大于或等于5的奇数，每级环形振荡单元包括至少一个第一晶体管和至少一个第二晶体管。
3.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于，每一级的第一晶体管的控制极和源极连接第一电平信号端，每一级的第一晶体管的漏极连接同一级第二晶体管的源极；
所述第一级第二晶体管的控制极连接比较器的第一输入端；除第一级第二晶体管以外的其余第二晶体管的控制极连接与其相邻的上一级第二晶体管的源极和上一级第一晶体管的漏极；每一级第二晶体管的漏极连接第二电平信号端；
第n级第二晶体管的源极、第n级第一晶体管的漏极均连接低通滤波器的输入端。
4.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述低通滤波器包括第一电容，所述第一电容的第一端连接第n级第二晶体管的源极、第n级第一晶体管的漏极和比较器的第一输入端；所述第一电容的第二端接地。
5.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述低通滤波器包括第二电容和第三晶体管；
所述第二电容的第一端连接第三晶体管的漏极和比较器的第一输入端；所述第二电容的第二端接地；
所述第三晶体管的控制极连接第一电平信号端，所述第三晶体管的源极连接第n级第二晶体管的源极、第n级第一晶体管的漏极。
6.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述低通滤波器包括第三电容和第六晶体管；
所述第三电容的第一端连接第六晶体管的漏极和比较器的第一输入端；所述第三电容的第二端接地；
所述第六晶体管的控制极连接高电平信号端，所述第六晶体管的源极连接第n级第二晶体管的源极、第n级第一晶体管的漏极。
7.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述低通滤波器包括第四电容和第一电阻；
所述第四电容的第一端连接第一电阻的第二端和比较器的第一输入端；所述第四电容的第二端接地；
所述第一电阻的第一端连接第n级第二晶体管的源极、第n级第一晶体管的漏极。
8.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器还包括起振器，用于提高环形振荡器的起振特性。
9.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述起振器包括第四晶体管和第五晶体管；
所述第四晶体管的控制极连接比较器的第一输入端；所述第四晶体管的源极连接第三电平信号端，所述第四晶体管的漏极连接第二晶体管的控制极和第五晶体管的源极；
所述第五晶体管的漏极连接第四电平信号端，所述第五晶体管的控制极连接第五电平信号端。
10.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述信号转换器包括：
与比较器连接的缓冲器，用于将比较器输出的比较方波信号转换为可识别电压信号；
与缓冲器连接的数字信号处理器，用于将缓冲器输出的可识别电压信号进行数字信号处理并经过换算后输出温度值。
11.一种阵列基板，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的温度传感器。
12.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求11所述的阵列基板。
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