CN108775967B - 一种数字温度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字温度传感器，其包括信号转换模块和多条温度感测支路；温度感测支路用于感测环境温度，并在感测到环境温度低于温度阈值时，输出第一数字信号，在感测到环境温度超过温度阈值时，输出第二数字信号，其中，多条温度感测支路依序与信号转换模块信号连接，且多条温度感测支路的温度阈值依次增大；信号转换模块用于依序接收多条温度感测支路输出的第一数字信号或第二数字信号得到当前数字代码，并且根据逻辑关系对应表生成与当前数字代码对应的温度指示信号，其中，逻辑关系对应表记录有不同数字代码对应的温度指示信号。本发明能够以超低功耗实现温度传感的模数转换。

Description

一种数字温度传感器
技术领域
本发明涉及温度传感技术领域，尤其是一种数字温度传感器。
背景技术
温度传感器主要指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，它在一些工程及场景应用中，被广泛采用。按照传感器材料及电子元件特性，不同种类，温度传感器的实现方式主要包括，基于金属膨胀原理设计的传感器，电阻传感器，双金属片式传感器，双金属杆和金属管传感器，热电偶传感器，以及新式的分布式光纤温度传感器。
传统的温度传感器只是作为单一的对温度这一模拟量的探测，而且输出一般是电流或者电压的模拟信号，这些模拟信号还要经过电压或电流放大、采样、量化、比较等一系列复杂的模拟信号处理过程，才能接入目前的互联网、物联网及人工智能设备等数字信号处理系统，这个模拟信号处理过程不仅会增加元器件的数量，而且还会造成温度传感器的供电条件受到制约。同时，由于传感器材料及电子元件特性对温度的敏感度呈现非线性的特点，一般还要经过器件内部的各种转换处理过程，这无疑加大了更多的处理元件，变相增加了功耗。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种数字温度传感器，能够以超低功耗实现温度传感的模数转换。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种数字温度传感器，包括信号转换模块和多条温度感测支路；
所述温度感测支路用于感测环境温度，并在感测到环境温度低于温度阈值时，输出第一数字信号，在感测到环境温度超过温度阈值时，输出第二数字信号，其中，多条所述温度感测支路依序与所述信号转换模块信号连接，且多条所述温度感测支路的温度阈值依次增大；所述信号转换模块用于依序接收多条所述温度感测支路输出的第一数字信号或第二数字信号得到当前数字代码，并且根据逻辑关系对应表生成与当前数字代码对应的温度指示信号，其中，所述逻辑关系对应表记录有不同数字代码对应的温度指示信号。
优选的，所述数字温度传感器还包括溢出指示支路，所述溢出指示支路与所述信号转换模块信号连接，用于感测环境温度，并在感测到环境温度低于量程阈值时，输出第一数字信号，在感测到环境温度超过量程阈值时，输出第二数字信号，其中，所述量程阈值大于多条所述温度感测支路的温度阈值的最大值；所述信号转换模块还用于在接收到所述溢出指示支路输出的第二数字信号时，根据逻辑关系对应表生成溢出指示信号，所述溢出指示信号用以指示环境温度溢出量程。
优选的，所述溢出指示支路与所述温度感测支路并联连接。
优选的，所述第一数字信号为逻辑0，所述第二数字信号为逻辑1。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的数字温度传感器采用多条不同灵敏度的温度感测支路来感测环境温度，并输出相应数字信号，通过信号转换模块对数字信号组成的数字代码进行逻辑转换输出温度指示信号，达到温度测量的目的，由于将温度传感探测和模拟信号的数字化处理结合起来，减少了元器件数量，优化了系统结构，从而能够以超低功耗实现温度传感的模数转换。
附图说明
图1是本发明实施例的数字温度传感器的架构示意图。
图2是本发明实施例的数字温度传感器的温度感测支路与溢出指示支路的原理示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，在本发明实施例中，数字温度传感器包括信号转换模块10和多条温度感测支路20。
温度感测支路20用于感测环境温度，并在感测到环境温度低于温度阈值时，输出第一数字信号，在感测到环境温度超过温度阈值时，输出第二数字信号，其中，多条温度感测支路20依序与信号转换模块10信号连接，且多条温度感测支路20的温度阈值依次增大。
其中，每一条温度感测支路20均会输出第一数字信号或第二数字信号，而且每一条温度感测支路20的温度阈值并不相同，而是依次增大的。举例而言，第一条温度感测支路20的温度阈值小于第二条温度感测支路20的温度阈值，在环境温度低于第一条温度感测支路20的温度阈值时，第一条温度感测支路20和第二条温度感测支路20均输出第一数字信号；在环境温度超过第一条温度感测支路20的温度阈值但低于第二条温度感测支路20的温度阈值时，第一条温度感测支路20输出第二数字信号，第二条温度感测支路20输出第一数字信号；在环境温度超过第二条温度感测支路20的温度阈值时，第一条温度感测支路20和第二条温度感测支路20均输出第二数字信号。
信号转换模块10用于依序接收多条温度感测支路20输出的第一数字信号或第二数字信号得到当前数字代码，并且根据逻辑关系对应表生成与当前数字代码对应的温度指示信号，其中，逻辑关系对应表记录有不同数字代码对应的温度指示信号。
其中，由于温度感测支路20的数量较多，当前数字代码可能较长，而经过信号转换模块10转换后，温度指示信号可以更简单、更容易地表示温度。
考虑到环境温度超过多条温度感测支路20的温度阈值的最大值后，温度指示信号将不能再正确表示温度，因此，在本实施例中，数字温度传感器还包括溢出指示支路30，溢出指示支路30与信号转换模块10信号连接，用于感测环境温度，并在感测到环境温度低于量程阈值时，输出第一数字信号，在感测到环境温度超过量程阈值时，输出第二数字信号，其中，量程阈值大于多条温度感测支路20的温度阈值的最大值。
信号转换模块10还用于在接收到溢出指示支路30输出的第二数字信号时，根据逻辑关系对应表生成溢出指示信号，溢出指示信号用以指示环境温度溢出量程。逻辑关系对应表中记录有溢出指示支路30输出的第二数字信号所对应的溢出指示信号。溢出指示信号和温度指示信号均为逻辑信号。
在电路结构上，溢出指示支路30与温度感测支路20可以并联连接。当然，溢出指示支路30以及各温度感测支路20可以接入单独的电路。
温度感测支路20与溢出指示支路30可以根据不同的原理来制造，例如根据膨胀系数或者热敏电阻的原理来制造，它们的灵敏度互不相同，这样在感测相同的温度时，内部产生的电流或者电压与阈值电流或者电压进行比较，根据比较结果，温度感测支路20与溢出指示支路30呈现开状态(大于阈值电流或者电压)，从而输出第二数字信号，或者呈现关状态(小于阈值电流或者电压)，从而输出第一数字信号。为了方便表示，第一数字信号可以为逻辑0，第二数字信号则为逻辑1。
下面将结合图2以及具体实例对本发明实施例的数字温度传感器进行详细说明。在该实例中，如图2所示，数字温度传感器包括溢出指示支路30与三个温度感测支路20，溢出指示支路30及三条温度感测支路20并联连接。图中，从左至右分别为溢出指示支路30、第三条温度感测支路20、第二条温度感测支路20和第一条温度感测支路20，溢出指示支路30和每一条温度感测支路20均串联有电阻R。
第一条温度感测支路20的温度阈值为25℃，第二条温度感测支路20的温度阈值为50℃，第三条温度感测支路20的温度阈值为75℃，溢出指示支路30的量程阈值为100℃。
当环境温度在0℃-25℃的区间内，三条温度感测支路20和溢出指示支路30均输出逻辑0；当环境温度超过25℃但低于50℃时，第一条温度感测支路20输出逻辑1，第二条温度感测支路20、第三条温度感测支路20和溢出指示支路30输出逻辑0；当环境温度超过50℃但低于75℃时时，第一条温度感测支路20和第二条温度感测支路20输出逻辑1，第三条温度感测支路20和溢出指示支路30输出逻辑0。当环境温度超过75℃但低于100℃时，第一条温度感测支路20、第二条温度感测支路20和第三条温度感测支路20输出逻辑1，溢出指示支路30输出逻辑0；当环境温度超过100℃时，第一条温度感测支路20、第二条温度感测支路20、第三条温度感测支路20和溢出指示支路30输出逻辑1。
对于从0℃到100℃变化的温度区间，信号转换模块10根据逻辑关系对应表共有四个信号输出状态。逻辑关系对应表如表1所示。
表1逻辑关系对应表
Figure BDA0001734703460000041
Figure BDA0001734703460000051
表中，T表示环境温度，#1表示第一条温度感测支路20的输出，#2表示第二条温度感测支路20的输出，#3表示第三条温度感测支路20的输出，#4表示溢出指示支路30的输出。
当环境温度在0℃-25℃的区间内，信号转换模块10根据逻辑信号输出“00”；当环境温度在25℃-50℃的区间内，信号转换模块10根据逻辑信号输出“01”；当环境温度在50℃-75℃的区间内，信号转换模块10根据逻辑信号输出“10”；当环境温度在75℃-100℃的区间内，信号转换模块10根据逻辑信号输出“11”。“00”、“01”、“10”、“11”均为温度指示信号。当环境温度超过100℃时，信号转换模块10根据逻辑信号输出“NA”，即输出溢出指示信号，溢出指示信号表明环境温度超过量程。信号转换模块10生成的温度指示信号可以由后续的编码器进一步处理，以便于介入随后的数字处理系统。
通过上述方式，本发明实施例的数字温度传感器采用多条不同灵敏度的温度感测支路来感测环境温度，并输出相应数字信号，通过信号转换模块对数字信号组成的数字代码进行逻辑转换输出温度指示信号，达到温度测量的目的，由于将温度传感探测和模拟信号的数字化处理结合起来，减少了元器件数量，优化了系统结构，从而能够以超低功耗实现温度传感的模数转换。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (3)

1.一种数字温度传感器，其特征在于，包括信号转换模块和多条温度感测支路；
所述温度感测支路用于感测环境温度，并在感测到环境温度低于温度阈值时，输出第一数字信号，在感测到环境温度超过温度阈值时，输出第二数字信号，其中，多条所述温度感测支路依序与所述信号转换模块信号连接，且多条所述温度感测支路的温度阈值依次增大；
所述信号转换模块用于依序接收多条所述温度感测支路输出的第一数字信号或第二数字信号得到当前数字代码，并且根据逻辑关系对应表生成与当前数字代码对应的温度指示信号，其中，所述逻辑关系对应表记录有不同数字代码对应的温度指示信号；
其中，所述数字温度传感器还包括溢出指示支路，所述溢出指示支路与所述信号转换模块信号连接，用于感测环境温度，并在感测到环境温度低于量程阈值时，输出第一数字信号，在感测到环境温度超过量程阈值时，输出第二数字信号，其中，所述量程阈值大于多条所述温度感测支路的温度阈值的最大值；
所述信号转换模块还用于在接收到所述溢出指示支路输出的第二数字信号时，根据逻辑关系对应表生成溢出指示信号，所述溢出指示信号用以指示环境温度溢出量程。
2.根据权利要求1所述的数字温度传感器，其特征在于，所述溢出指示支路与所述温度感测支路并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的数字温度传感器，其特征在于，所述第一数字信号为逻辑0，所述第二数字信号为逻辑1。
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