CN108254598B - 一种测量信号的温度补偿电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测量信号的温度补偿电路,包括测量信号取样模块,信号补偿模块、补偿系数选择模块、温度补偿偏移模块、正温度系数输出电压产生模块和负温度系数输出电压产生模块。测量信号取样模块对输入的测量电压进行取样;信号补偿模块根据测量值,判断其正负特性,控制补偿系数选择模块选择相反特性的校正电压作为参考电压输出;以及判断所述参考电压能否补偿所述测量电压,若能,则输出补偿后的输出电压,否则设置温度补偿偏移模块的偏移值,使参考电压能够补偿所述测量电压。使用本发明的温度补偿电路,可以降低系统的复杂程度,降低成本,提高测试系统的温度适应范围。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域,尤其涉及一种测量信号的温度补偿电路。
背景技术
在测试系统中,测量信号容易随温度变化,导致测量结果在不同的温度环境下输出不同的测量值。在现有技术中,通常采用ADC(Analog to Digital Converter,模拟数字转换器)的测量方案,测试温度后,根据当前测试温度计算所需的补偿值,再查表选择补偿系数配置。由于ADC本身的误差INL(Integral nonlinearity,积分非线性)/DNL(Differential nonlinearity,微分非线性),导致测温需要软件校正,增加系统的复杂程度及成本。并且ADC的采样时钟在系统上引入开关噪声,使高精度测试系统产生误差。
因此,现有的温度补偿方案需要在测量系统中增加额外的温度测试电路,增加了系统的复杂程度及成本,还需要更多的软件校正时间,增加测试成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测量信号的温度补偿电路,其可实现对精确测量信号的温度补偿功能。
为解决本发明的技术问题,本发明公开一种测量信号的温度补偿电路,包括测量信号取样模块,信号补偿模块、补偿系数选择模块、温度补偿偏移模块、正温度系数输出电压产生模块和负温度系数输出电压产生模块;
所述测量信号取样模块用于取样输入的测量电压随温度的变化而产生的测量值,发送至信号补偿模块;
所述信号补偿模块用于根据所述测量值,判断其正负特性,通过选择控制信号控制补偿系数选择模块选择相反特性的校正电压作为参考电压输出;以及判断所述参考电压能否补偿所述测量电压,若能,则输出补偿后的输出电压,否则设置温度补偿偏移模块的偏移值,使参考电压能够补偿所述测量电压;
所述正温度系数输出电压产生模块用于产生随温度升高而升高的正特性电压;
所述负温度系数输出电压产生模块用于产生随温度升高而降低的负特性电压;
所述温度补偿偏移模块用于根据所述信号补偿模块输出的偏移值,调整所述正特性电压和负特性电压的值,生成正特性校正电压和负特性校正电压输出到补偿系数选择模块;
所述补偿系数选择模块用于根据所述信号补偿模块输出的选择控制信号,选择正特性校正电压作为参考电压输出至信号补偿模块;或选择负特性校正电压作为参考电压输出至信号补偿模块。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:本发明通过采用检测随温度变化而变化的线性直流电压的正负特性,经信号补偿模块计算补偿后,输出与温度无关的测量信号,实现对精确测量信号的温度补偿功能.精简电路的复杂程度。使用本发明的温度补偿电路,可以降低系统的复杂程度,降低成本,提高测试系统的温度适应范围。
附图说明
图1是本发明实施例的测量信号的温度补偿电路结构图;
图2是本发明另一实施例的测量信号的温度补偿电路结构图;
图3是本发明实施例的负特性电压随温度变化而降低的示意图;
图4是本发明实施例的正特性电压随温度变化而升高的示意图;
图5是本发明实施例的负特性校正电压的示意图;
图6是本发明实施例的正特性校正电压的示意图;
图7是本发明实施例的参考电压的示意图;
图8是本发明实施例的正特性测量电压经补偿后输出电压的示意图;
图9是本发明实施例的负特性测量电压经补偿后输出电压的示意图;
图10是本发明实施例的温度补偿偏移模块的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,本发明实施例的测量信号的温度补偿电路,包括测量信号取样模块,信号补偿模块、补偿系数选择模块、温度补偿偏移模块、正温度系数输出电压产生模块和负温度系数输出电压产生模块。
测量信号取样模块用于取样输入的测量电压随温度的变化而产生的测量值,发送至信号补偿模块。
具体地,测量信号取样模块获取的测量电压是一组在不同温度下的测量值,例如,输入一组分别在-25℃、-10℃、0℃、10℃、25℃、35℃、50℃、75℃、100℃的测量值分别为2.1V、2.2V、2.3V、2.4V、2.5V、2.6V、2.7V、2.8V、2.9V。该组测量值是随温度升高而升高,为正特性变化。
信号补偿模块用于根据所述测量值,判断其正负特性,通过选择控制信号控制补偿系数选择模块选择相反特性的校正电压作为参考电压输出;以及判断所述参考电压能否补偿所述测量电压,若能,则输出补偿后的输出电压,否则设置温度补偿偏移模块的偏移值,使参考电压能够补偿所述测量电压。
具体地,信号补偿模块接收测量值,判断其值是随温度升高而升高的,则认为是正特性的测量电压,控制补偿系数选择模块选择负特性的校正电压作为参考电压输出;当判断其值是随温度升高而降低的,则认为是负特性的测量电压,控制补偿系数选择模块选择正特性的校正电压作为参考电压输出。
另外,信号补偿模块接收所述参考电压,计算参考电压和测量电压的平均值,若该平均值等于常温下的测量值时,该参考电压就可以补偿所述测量电压。若该平均值小于或大于常温下的测量值,则设置一偏移值发送至所述温度补偿偏移模块。温度补偿偏移模块将负特性电压和正特性电压加上所述偏移值,得到负特性校正电压和正特性校正电压,发送至补偿系数选择模块。在本实施例中,常温是指25℃。
在本实施例中,信号补偿模块采用可变增益加法电路计算测量电压和参考电压的平均值用以判断参考电压是否可补偿所述测量电压。当判断所述平均值小于常温下的测量值,则加大所述偏移值;若判断所述平均值大于常温下的测量值,则减小所述偏移值。初始状态时,偏移值为0。
负温度系数输出电压产生模块用于产生随温度升高而降低的负特性电压。具体地,如图3所示,在常温25℃时,负温度系数输出电压产生模块产生2.5V的负特性电压VTL,在35℃时,产生2.45V的负特性电压VTL,在15℃时,产生2.55V的负特性电压VTL。在各种温度下的负特性电压值可由系统预先配置,负温度系数输出电压产生模块根据系数配置产生相应的负特性电压VTL输出。
例如,此时,温度为50℃,测量电压VS为2.6V,负温度系数输出电压产生模块则产生2.36V的负特性电压VTL,初始状态时,偏移值为0,则该负特性电压VTL作为参考电压VT输出到信号补偿模块。信号补偿模块将2.6V加上2.36V再除2,得到平均值为2.48V,小于常温25℃下的值2.5V。信号补偿模块设置偏移值为0.01V,调整参考电压为2.47V,再次进行计算,得到平均值为2.485V,仍然小于2.5V;则信号补偿模块再增加偏移值为0.02V,调整参考电压为2.38V,再次进行计算,得到平均值为2.49V,仍然小于2.5V;则信号补偿模块再增加偏移值为0.03V,调整参考电压为2.39V,再次进行计算,得到平均值为2.495V,仍然小于2.5V;则信号补偿模块再增加偏移值为0.04V,调整参考电压为2.4V,再次进行计算,得到平均值为2.5V,则调整结束,输出2.5V的输出电压VO。在本实施例中,信号补偿模块以0.01V为单位调整偏移值,可达到较高的准确度,当然,也可以0.02V为单位,或者以0.1V为单位调整偏移值,本领域技术人员可根据实际情况进行设置。
正温度系数输出电压产生模块用于产生随温度升高而升高的正特性电压。具体地,如图4所示,在常温25℃时,正温度系数输出电压产生模块产生2.5V的正特性电压VTH,在35℃时,产生2.55V的正特性电压VTH,在15℃时,产生2.45V的正特性电压VTH。在各种温度下的正特性电压值可由系统预先配置,正温度系数输出电压产生模块根据系数配置产生相应的负特性电压VTH输出。
例如,此时,温度为50℃,测量电压VS为2.4V,正温度系数输出电压产生模块则产生2.64V的负特性电压VTL,初始状态时,偏移值为0,则该正特性电压VTH作为参考电压VT输出到信号补偿模块。信号补偿模块将2.4V加上2.64V再除2,得到平均值为2.52V,大于常温25℃下的值2.5V。信号补偿模块设置偏移值为-0.01V,调整参考电压为2.63V,再次进行计算,得到平均值为2.515V,仍然大于2.5V;则信号补偿模块再减小偏移值为-0.02V,调整参考电压为2.62V,再次进行计算,得到平均值为2.51V,仍然大于2.5V;则信号补偿模块再减小偏移值为-0.03V,调整参考电压为2.61V,再次进行计算,得到平均值为2.505V,仍然大于2.5V;则信号补偿模块再减小偏移值为-0.04V,调整参考电压为2.6V,再次进行计算,得到平均值为2.5V,则调整结束,输出2.5V的输出电压VO。在本实施例中,信号补偿模块以0.01V为单位调整偏移值,可达到较高的准确度,当然,也可以0.02V为单位,或者以0.1V为单位调整偏移值,本领域技术人员可根据实际情况进行设置。
温度补偿偏移模块用于根据所述信号补偿模块输出的偏移值,调整所述正特性电压和负特性电压的值,生成正特性校正电压和负特性校正电压输出到补偿系数选择模块。
具体地,温度补偿偏移模块将所述正特性电压和负特性电压与所述偏移值相加生成正特性校正电压和负特性校正电压。
以下结合图5和图6的示例详细说明负特性校正电压VRL和正特性校正电压VRH的计算过程。
如图5所示,例如,在初始状态时,温度为50℃,测量电压VS为2.6V,正特性电压VTH为2.65V,负特性电压VTL为2.45V,偏移值为0,参考电压VT为2.45V。信号补偿模块计算后,调整偏移值为-0.01V,则温度补偿偏移模块将负特性电压VTH 2.45V加上偏移值-0.01V后,得到负特性校正电压VRL1为2.44V,相应地参考电压VT变为2.44V。信号补偿模块再次计算后,调整偏移值为-0.02V,则温度补偿偏移模块将负特性电压VTH 2.45V加上偏移值-0.02V后,得到负特性校正电压VRL2为2.43V,相应地参考电压VT变为2.43V。如此反复,直至信号补偿模块计算得到的结果等于常温下的测量电压。
再如图6所示,例如,在初始状态时,温度为50℃,测量电压VS为2.4V,正特性电压VTH为2.65V,负特性电压VTL为2.45V,偏移值为0,参考电压VT为2.65V。信号补偿模块计算后,调整偏移值为-0.01,则温度补偿偏移模块将正特性电VTH 2.65V加上偏移值-0.01V后,得到正特性校正电压VRH1为2.64V,相应地参考电压VT变为2.64V。信号补偿模块再次计算后,调整偏移值为-0.02V,则温度补偿偏移模块将正特性电压VTH 2.65V加上偏移值-0.02V后,得到正特性校正电压VRH2为2.63V,相应地参考电压VT变为2.63V。如此反复,直至信号补偿模块计算得到的结果等于常温下的测量电压。
具体地,本实施例的温度补偿偏移模块可采用如图10所示的电路结构实现,包括第一可变电压调整单元、第二可变电压调整单元和混合处理单元。其中,第一可变电压调整单元和第二可变电压调整单元采用DAC的输出电阻与外部电阻串联的模式,对负特性电压VTL和正特性电压VTH进行调整(即加上所述偏移值),生成负特性校正电压VRL和正特性校正电压VRH输出到混合处理单元。
所述负特性校正电压VRL降低的斜率和正特性校正电压VRH升高的斜率分别受各自的可变电压调整单元的控制,若偏移值为正数,则负特性校正电压VRL相对于负特性电压VTL和正特性校正电压VRH相对于正特性电压VTH的电压斜率是升高的,偏移值越大升高的斜率越大。若偏移值为负数,则负特性校正电压VRL相对于负特性电压VTL和正特性校正电压VRH相对于正特性电压VTH的电压斜率是降低的,偏移值越大降低的斜率越小。
混合处理单元接收所述负特性校正电压VRL和正特性校正电压VRH,使输出的负特性校正电压VRL和正特性校正电压VRH在常温下数值相同,其他温度下按各自特性直接输出,输出与输入不变。
补偿系数选择模块用于根据所述信号补偿模块输出的选择控制信号,选择正特性校正电压作为参考电压输出至信号补偿模块,或选择负特性校正电压作为参考电压输出至信号补偿模块。
具体地,信号补偿模块根据测量值,判断其为正特性测量电压时,输出选择负特性校正电压的选择控制信号至补偿系数选择模块。补偿系数选择模块则将负特性校正电压VRL作为参考电压VT输出至信号补偿模块。
当信号补偿模块根据测量值,判断其为负特性测量电压时,输出选择正特性校正电压的选择控制信号至补偿系数选择模块。补偿系数选择模块则将正特性校正电压VRH作为参考电压VT输出信号补偿模块。
因此,如图7所示,参考电压VT(如图所示的VT1、VT2、VT3、VT4)可以是正特性校正电压VRH,也可以是负特性校正电压VRL(如图所示的VT5、VT6、VT7、VT8)。以上参考电压VT1至VT8仅为举例,实际上可有无数个参考电压。
为进一步提高补偿准确度,如图2所示,本发明还提供另一实施例,在上述实施例的基础上还包括一补偿曲线取样模块,用于获取所述参考电压随温度变化而产生的取样值,判断其变化特性是否正确,若不正确则发送控制信号至信号补偿模块。所述信号补偿模块根据所述控制信号,调整所述偏移值。
具体地,所述补偿曲线取样模块判断以所述正特性校正电压作为参考电压时,该参考电压随温度的变化而产生的取样值的变化特征是负特性时,发送相应的控制信号至信号补偿模块,以调整偏移值,使该取样值的变化特征是正特性的;或者判断以所述负特性校正电压作为参考电压时,该参考电压随温度变化而产生的取样值的变化特征是正特性时,发送相应的控制信号至信号补偿模块,以调整偏移值,使该取样值的变化特征是负特性的。
以下再举例以解释说明补偿曲线取样模块的工作过程,例子中所使用的数值仅为描述方便而已。
例1:在初始状态时,温度为-50℃,测量电压VS为2.2V,正特性电压VTH为2.3V,负特性电压VTL为2.9V,偏移值为0,测量电压VS为正特性,则选择负特性电压VTL为参考电压,即为2.9V,则参考电压取样值VTR1为2.9V。当温度提高至-40℃时,测量电压VS为2.3V,正特性电压VTH为2.35V,负特性电压VTL为2.85V,偏移值为0.1V,测量电压VS为正特性,则参考电压VT为2.95V,相应地参考电压取样值VTR2为2.95V。补偿曲线取样模块对比参考电压取样值VTR1和VTR2,发现参考电压呈正特性变化,变化特性错误,则发出控制信号至信号补偿模块;信号补偿模块则相应地减小偏移值,使参考电压呈负特性变化。
例2:在初始状态时,温度为0℃,测量电压VS为2.7V,正特性电压VTH为2.4V,负特性电压VTL为2.8V,偏移值为0,测量电压VS为负特性,则选择正特性电压VTH为参考电压,即为2.4V,则参考电压取样值VTR1为2.4V。当温度降低至-20℃时,测量电压VS为2.8V,正特性电压VTH为2.35V,负特性电压VTL为2.9V,偏移值为0.1V,测量电压VS为负特性,则参考电压VT为2.45V,相应地参考电压取样值VTR2为2.45V。补偿曲线取样模块对比参考电压取样值VTR1和VTR2,发现参考电压呈负特性变化,变化特性错误,则发出控制信号至信号补偿模块;信号补偿模块则相应地减小偏移值,使参考电压呈负特性变化。
例3:在初始状态时,温度为20℃,测量电压VS为2.4V,正特性电压VTH为2.3V,负特性电压VTL为2.65V,偏移值为0,测量电压VS为正特性,则选择负特性电压VTL为参考电压,即为2.65V,则参考电压取样值VTR1为2.65V。当温度降低至0℃时,测量电压VS为2.3V,正特性电压VTH为2.15V,负特性电压VTL为2.7V,偏移值为-0.1V,测量电压VS为正特性,则参考电压VT为2.6V,相应地参考电压取样值VTR2为2.6V。补偿曲线取样模块对比参考电压取样值VTR1和VTR2,发现参考电压呈正特性变化,变化特性错误,则发出控制信号至信号补偿模块;信号补偿模块则相应地增加偏移值,使参考电压呈负特性变化。
例4:在初始状态时,温度为40℃,测量电压VS为2.4V,正特性电压VTH为2.7V,负特性电压VTL为2.3V,偏移值为0,测量电压VS为负特性,则选择正特性电压VTH为参考电压,即为2.7V,则参考电压取样值VTR1为2.7V。当温度升至60℃时,测量电压VS为2.3V,正特性电压VTH为2.75V,负特性电压VTL为2.2V,偏移值为-0.1V,测量电压VS为负特性,则参考电压VT为2.65V,相应地参考电压取样值VTR2为2.65V。补偿曲线取样模块对比参考电压取样值VTR1和VTR2,发现参考电压呈负特性变化,变化特性错误,则发出控制信号至信号补偿模块;信号补偿模块则相应地增加偏移值,使参考电压呈正特性变化。
综上所述,本发明通过采用检测随温度变化而变化的线性直流电压的正负特性,经信号补偿模块计算补偿后,通过寄存器配置温度补偿偏移模块和补偿系数选择模块,产生不同的参考电压曲线,对由于温度变化的测量电压进行补偿,使输出电压不随温度变化,实现对精确测量信号的温度补偿功能,精简电路的复杂程度。使用本发明的温度补偿电路,可以降低系统的复杂程度,降低成本,提高测试系统的温度适应范围。
以上举较佳实施例,对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内,本发明所主张的权利范围应以发明申请范围所述为准,而非仅限于上述实施例。
Claims (8)
1.一种测量信号的温度补偿电路,其特征在于:包括测量信号取样模块,信号补偿模块、补偿系数选择模块、温度补偿偏移模块、补偿曲线取样模块、正温度系数输出电压产生模块和负温度系数输出电压产生模块;
所述测量信号取样模块用于取样输入的测量电压随温度的变化而产生的测量值,发送至信号补偿模块;
所述信号补偿模块用于根据所述测量值,判断其正负特性,通过选择控制信号控制补偿系数选择模块选择相反特性的校正电压作为参考电压输出;以及判断所述参考电压能否补偿所述测量电压,若能,则输出补偿后的输出电压,否则设置温度补偿偏移模块的偏移值,使参考电压能够补偿所述测量电压;
所述正温度系数输出电压产生模块用于产生随温度升高而升高的正特性电压;
所述负温度系数输出电压产生模块用于产生随温度升高而降低的负特性电压;
所述温度补偿偏移模块用于根据所述信号补偿模块输出的偏移值,调整所述正特性电压和负特性电压的值,生成正特性校正电压和负特性校正电压输出到补偿系数选择模块;
所述补偿系数选择模块用于根据所述信号补偿模块输出的选择控制信号,选择正特性校正电压作为参考电压输出至信号补偿模块;或选择负特性校正电压作为参考电压输出至信号补偿模块;
所述补偿曲线取样模块用于获取所述参考电压随温度变化而产生的取样值,判断其变化特性是否正确,若不正确则发送控制信号至所述信号补偿模块;所述信号补偿模块根据所述控制信号,调整所述偏移值。
2.如权利要求1所述的测量信号的温度补偿电路,其特征在于:所述判断所述参考电压能否补偿所述测量电压具体包括:计算测量电压和参考电压的平均值,若该平均值等于常温下的测量值时,则参考电压可以补偿所述测量电压。
3.如权利要求2所述的测量信号的温度补偿电路,其特征在于:所述否则设置温度补偿偏移模块的偏移值具体包括:判断所述计算测量电压的参考电压的平均值后,若该平均值小于常温下的测量值,则加大所述偏移值;若该平均值大于常温下的测量值,则减小所述偏移值。
4.如权利要求1所述的测量信号的温度补偿电路,其特征在于:所述正温度系数输出电压产生模块和负温度系数输出电压产生模块在常温下产生的正特性电压和负特性电压相等。
5.如权利要求2所述的测量信号的温度补偿电路,其特征在于:所述温度补偿偏移模块将所述正特性电压和负特性电压与所述偏移值相加生成正特性校正电压和负特性校正电压。
6.如权利要求1所述的测量信号的温度补偿电路,其特征在于:所述补偿曲线取样模块判断变化特性不正确具体包括:判断以所述正特性校正电压作为参考电压时,该参考电压随温度的变化而产生的取样值,若该取样值的变化特征是负特性时,发送相应的控制信号至信号补偿模块,以调整偏移值,使该取样值的变化特征是正特性的;
或者,
判断以所述负特性校正电压作为参考电压时,取样该参考电压随温度的变化而产生的取样值,若该取样值的变化特征是正特性时,发送相应的控制信号至信号补偿模块,以调整偏移值,使该取样值的变化特征是负特性的。
7.如权利要求1所述的测量信号的温度补偿电路,其特征在于:所述信号补偿模块根据所述测量值随温度升高而升高,判断所述测量电压为正特性电压;根据所述测量值随温度升高而降低,判断所述测量电压为负特性电压。
8.如权利要求1所述的测量信号的温度补偿电路,其特征在于:所述温度补偿偏移模块包括第一可变电压调整单元、第二可变电压调整单元和混合处理单元;
所述第一可变电压调整单元用于根据所述偏移值对所述负特性电压进行调整,生成负特性校正电压输出到混合处理单元;
所述第二可变电压调整单元用于根据所述偏移值对所述正特性电压进行调整,生成正特性校正电压输出到混合处理单元;
所述混合处理单元接收所述负特性校正电压和正特性校正电压,在常温下使输出的负特性校正电压和正特性校正电压数值相同,在其他温度下直接输出所述负特性校正电压和正特性校正电压。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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