CN110307912A - 一种温度检测电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种温度检测电路和方法。所述电路包括预置电压端、第一电阻、温度检测电流源、模数转换器和温度换算器；所述第一电阻的两端分别连接所述预置电压端和第一节点；所述温度检测电流源连接所述第一节点；所述温度检测电流源，用于根据环境温度和所述预置电压端的预置电压，在所述第一节点处产生第一电压；所述模数转换器连接所述第一节点；所述模数转换器，用于将模拟信号的所述第一电压转换为数字信号的第二电压；所述温度换算器连接所述模数转换器；所述温度换算器，用于根据所述第二电压得到对应的温度检测值。本发明实施例可以产生使模数转换器在低电源电压下仍能够正常工作的第一电压，从而适用于低电源电压的应用场景。

Description

一种温度检测电路和方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种温度检测电路和方法。

背景技术

BJT(Bipolar Junction Transistor，三极管)具有随环境温度升高，PN结电压下降的负压特性，因此，温度检测电路中常采用BJT检测环境温度。但是，BJT的PN结电压一般在0.7V左右，在低电源电压的应用场景下，比如电源电压为1.6V，除去结电压后的剩余电压很小，容易导致后续电路中的NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属-氧化物-半导体)管和PMOS(P-Metal-Oxide-Semiconductor，P型金属-氧化物-半导体)管均无法导通，造成温度检测电路不能正常工作。因此，上述的温度检测电路不适用于低电源电压的应用场景。

发明内容

本发明实施例提供一种温度检测电路和方法，以解决现有技术中采用BJT的温度检测电路不适用于低电源电压的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种温度检测电路，所述电路包括预置电压端、第一电阻、温度检测电流源、模数转换器和温度换算器；

所述第一电阻的两端分别连接所述预置电压端和第一节点；

所述温度检测电流源连接所述第一节点；所述温度检测电流源，用于根据环境温度和所述预置电压端的预置电压，在所述第一节点处产生第一电压；

所述模数转换器连接所述第一节点；所述模数转换器，用于将模拟信号的所述第一电压转换为数字信号的第二电压；

所述温度换算器连接所述模数转换器；所述温度换算器，用于根据所述第二电压得到对应的温度检测值。

可选地，所述模数转换器包括第二电阻、比较器、逐次逼近器和数模转换器；

所述第二电阻的两端分别连接所述预置电压端和第二节点；

所述比较器的两个输入端分别连接所述第一节点和所述第二节点，所述比较器的输出端连接所述逐次逼近器；所述比较器，用于比较所述第一电压和所述第二节点处的第三电压，并将比较结果发送给所述逐次逼近器；

所述逐次逼近器分别连接所述比较器和所述数模转换器；所述逐次逼近器，用于根据所述比较结果控制所述数模转换器的输出电流，并产生所述第二电压；

所述数模转换器分别连接所述第二节点和所述逐次逼近器；所述数模转换器，用于在所述逐次逼近器的控制下逐次改变所述输出电流，以使所述第三电压逐次逼近所述第一电压。

可选地，当所述比较器的输入管为NMOS管时，所述预置电压端为电源电压端；

当所述比较器的输入管为PMOS管时，所述预置电压端为接地端。

可选地，所述电路还包括去除直流器；

所述去除直流器连接所述温度检测电流源；所述去除直流器，用于去除所述温度检测电流源产生的低温直流电流，以提高所述第一电压。

可选地，所述电路还包括失调补偿器；

所述失调补偿器连接所述温度检测电流源，或，所述失调补偿器连接所述模数转换器；所述失调补偿器，用于补偿所述温度检测电流源的失调电压。

本发明实施例还提供了一种温度检测方法，应用于如上述的温度检测电路，所述方法包括：

根据环境温度和预置电压产生第一电压；

将模拟信号的所述第一电压转换为数字信号的第二电压；

根据所述第二电压得到对应的温度检测值。

可选地，所述将模拟信号的所述第一电压转换为数字信号的第二电压，包括：

根据所述预置电压产生第三电压；

比较所述第一电压和所述第三电压，得到比较结果；

根据所述比较结果调整所述第三电压，以使所述第三电压逐次逼近所述第一电压，并在调整后输出所述第二电压。

可选地，所述预置电压为电源电压或接地电压。

可选地，所述方法还包括：

去除检测环境温度时产生的低温直流电流，以提高所述第一电压。

可选地，所述方法还包括：

补偿所述温度检测电路的失调电压。

在本发明实施例中，电路包括预置电压端、第一电阻、温度检测电流源、模数转换器和温度换算器；温度检测电流源根据环境温度和预置电压端的电压，在第一节点处产生第一电压；模数转换器将模拟信号的第一电压转换为数字信号的第二电压；温度换算器根据第二电压得到对应的温度检测值。本发明实施例使用温度检测电流源检测环境温度，与现有技术使用BJT相比，可以产生使模数转换器在低电源电压下仍能够正常工作的第一电压，从而使本发明实施例的温度检测电路适用于低电源电压的应用场景。

进一步的，由于采用了第一电阻和第二电阻的对称结构，可以实现比较器的高电源抑制比，很好地抑制电源噪声，避免电源噪声影响温度检测的精度。

进一步的，由于采用了去除直流器，可以减少低温直流电流在第一电阻上产生压降，使第一电压更接近电源电压，从而可以进一步降低电源电压。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一的一种温度检测电路的结构示意图；

图2是本发明实施例二的一种温度检测电路的结构示意图之一；

图3是本发明实施例二的一种温度检测电路的结构示意图之二；

图4是本发明实施例二的一种温度检测电路的结构示意图之三；

图5是本发明实施例二的一种温度检测电路的结构示意图之四；

图6是本发明实施例三的一种温度检测方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1示出了本发明实施例提供的一种温度检测电路的结构示意图。所述电路包括预置电压端101、第一电阻102、温度检测电流源103、模数转换器104和温度换算器105；

所述第一电阻102的两端分别连接所述预置电压端101和第一节点J1；

所述温度检测电流源103连接所述第一节点J1；所述温度检测电流源103，用于根据环境温度和所述预置电压端101的预置电压，在所述第一节点J1处产生第一电压；

所述模数转换器104连接所述第一节点J1；所述模数转换器104，用于将模拟信号的所述第一电压转换为数字信号的第二电压；

所述温度换算器105连接所述模数转换器104；所述温度换算器105，用于根据所述第二电压得到对应的温度检测值。

本实施例中，第一节点J1处的第一电压由预置电压和第一电阻102上的压降确定，第一电阻102上的压降由第一电阻102的阻值和温度检测电流源103提供的电流确定。温度检测电流源103可以是PTAT(Proportional To Absolute Temperature，与绝对温度成正比)电流源，即输出电流与绝对温度成正比例关系的电流源。当环境温度升高时，温度检测电流源103的输出电流增大；当环境温度降低时，温度检测电流源103的输出电流减小。因此，第一节点J1处的第一电压随温度变化而变化。

第一节点J1处的第一电压是模拟信号，模数转换器104将模拟信号的第一电压转换为数字信号的第二电压。例如，模拟信号的第一电压为0.5134……V，模数转换器104将第一电压转化为第二电压0.5V。进一步的，模数转换器104还可以针对第二电压进行编码。例如，0V对应00，0.5V对应01，1.0V对应10，1.5V对应11。本发明实施例对此不作详细限定，可以根据实际情况进行设置。

温度换算器105根据第二电压得到对应的温度检测值，具体地，可以预先设置电压与温度的对应关系，根据对应关系查找第二电压对应的温度检测值。例如，电压0.5V对应15℃，温度换算器105根据第二电压0.5V可以查找到对应的温度检测值为15℃。电压与温度的对应关系可以是曲线形式也可以是表格形式。本发明实施例对此不作详细限定，可以根据实际情况进行设置。

综上所述，本发明实施例中，温度检测电路包括预置电压端、第一电阻、温度检测电流源、模数转换器和温度换算器；温度检测电流源根据环境温度和预置电压端的电压，在第一节点处产生第一电压；模数转换器将模拟信号的第一电压转换为数字信号的第二电压；温度换算器根据第二电压得到对应的温度检测值。本发明实施例使用温度检测电流源检测环境温度，与现有技术使用BJT相比，可以产生使模数转换器在低电源电压下仍能够正常工作的第一电压，从而使本发明实施例的温度检测电路适用于低电源电压的应用场景。

实施例二

图2示出了本发明实施例提供的一种温度检测电路的结构示意图。

在实施例一的基础上，所述模数转换器104包括第二电阻1041、比较器1042和逐次逼近器1043和数模转换器1044；

所述第二电阻1041的两端分别连接所述预置电压端101和第二节点J2；

所述比较器1042的两个输入端分别连接所述第一节点J1和所述第二节点J2，所述比较器1042的输出端连接所述逐次逼近器1043；所述比较器1042，用于比较所述第一电压和所述第二节点处的第三电压，并将比较结果发送给所述逐次逼近器1043；

所述逐次逼近器1043分别连接所述比较器1042和所述数模转换器1044；所述逐次逼近器1043，用于根据所述比较结果控制所述数模转换器1044的输出电流，并产生所述第二电压；

所述数模转换器1044分别连接所述第二节点J2和所述逐次逼近器1043；所述数模转换器1044，用于在所述逐次逼近器1043的控制下逐次改变所述输出电流，以使所述第三电压逐次逼近所述第一电压。

本实施例中，模数转换器104中第二电阻1041分别连接预置电压端101和第二节点J2，比较器1042的两个输入端分别连接第一节点J1和第二节点J2。由于第一电阻102和第二电阻1041形成了对称结构，电源电压噪声输入比较器时是共模输入，可以互相抵消，避免电源电压噪声影响比较结果。也就是说，采用第一电阻102和第二电阻1041提高了比较器的PSRR(Power Supply Rejection Ratio，电源抑制比)。

第二节点J2的电压由预置电压和第二电阻1041上的压降确定，第二电阻1041上的压降由第二电阻1041的阻值和数模转换器1044的输出电流确定。数模转换器1044可以预设初始电流值，在第二节点J2处产生初始的第三电压。比较器对第一电压和第三电压进行比较，得到比较结果。例如，第一电压大于第三电压，则比较结果可以输出1；第一电压小于第三电压，则比较结果可以输出0。本发明实施例对比较结果不作详细限定，可以根据实际情况进行设置。

逐次逼近器1043接收比较器1042输出的比较结果，并根据比较结果控制数模转换器1044。数模转换器1044可以是电流型数模转换器，逐次逼近器1043控制数模转换器1044的输出电流，从而调整第三电压，使第三电压逐次逼近第一电压。当比较器1042确定第三电压与第一电压相等时，逐次逼近器1043输出与第三电压值相等的数字信号的第二电压。

可选地，当所述比较器的输入管为NMOS管时，所述预置电压端为电源电压端，见图2；

当所述比较器的输入管为PMOS管时，所述预置电压端为接地端，见图3。

本实施例中，根据比较器1042的输入管设置预置电压端。如果比较器的输入管为NMOS管，则预置电压端为电源电压端。如果比较器的输入管为PMOS管，则预置电压端为接地端。可见，本发明实施例对比较器的要求较低，降低了比较器的设计难度。

可选地，参照图4所示的温度检测电路的结构示意图，所述电路还包括去除直流器106；

所述去除直流器106连接所述温度检测电流源103；所述去除直流器106，用于去除所述温度检测电流源103产生的低温直流电流，以提高所述第一电压。

本实施例中，温度检测电流源103在低温(如-40℃)时电流不为零，也就是说，温度检测电流源103会产生低温直流电流。低温直流电流在第一电阻102上产生压降，这部分压降占用了比较器的部分输入电压，因此比较器1042实际比较的电压范围变窄，所能检测的温度范围也变窄。为保证比较器的输入电压范围不变，设置电源电压时需考虑这部分压降，使电源电压很难进一步降低。本发明实施例中，去除直流器106可以去除温度检测电流源103产生的低温直流电流，因此可以去除低温直流电流在第一电阻102上的压降。在比较器的输入电压范围不变的情况下，本发明实施例中的电源电压可以比现有技术中的电源电压设置的更低，更适用于低电源电压的应用场景。

可选地，所述电路还包括失调补偿器107；

参照图4所示的温度检测电路的结构示意图，所述失调补偿器107连接所述温度检测电流源103，或，参照图5所示的温度检测电路的结构示意图，所述失调补偿器107连接所述模数转换器104；所述失调补偿器107，用于补偿所述温度检测电流源的失调电压。

本实施例中，由于工艺波动，不同的温度检测电流源103在同一环境温度下产生的检测电流会有轻微偏差，因此在第一节点J处产生的第一电压也会有偏差，也就是说工艺波动可能会导致温度检测值出现偏差。本发明实施例中设置失调补偿器107，用于补偿温度检测电路中温度检测电流源103的失调电压。具体地，在设定温度下，比较第一电压和标准电压，根据第一电压和标准电压之间的差值确定需要补偿的失调电压。例如，在温度为30℃时，标准电压为1.0V，第一电压为0.8V，则失调补偿器107可以增大补偿温度检测电流源103的输出电流，使第一节点J1处的第一电压达到1.0V，也可以在第一电压输入比较器时进行失调补偿。本发明实施例对如何补偿不作详细限定，可以根据实际情况进行设置。

综上所述，本发明实施例中，电路包括预置电压端、第一电阻、温度检测电流源、模数转换器和温度换算器；温度检测电流源根据环境温度和预置电压端的电压，在第一节点处产生第一电压；模数转换器将模拟信号的第一电压转换为数字信号的第二电压；温度换算器根据第二电压得到对应的温度检测值。本发明实施例使用温度检测电流源检测环境温度，与现有技术使用BJT相比，可以产生使模数转换器在低电源电压下仍能够正常工作的第一电压，从而使本发明实施例的温度检测电路适用于低电源电压的应用场景。

进一步的，由于采用了第一电阻和第二电阻的对称结构，可以实现比较器的高电源抑制比，很好地抑制电源噪声，避免电源噪声影响温度检测的精度。

进一步的，由于采用了去除直流器，可以减少低温直流电流在第一电阻上产生压降，使第一电压更接近电源电压，从而可以进一步降低电源电压。

实施例三

图6示出了本发明实施例提供的一种温度检测方法的步骤流程图。应用于实施例一、实施例二所述的温度检测电路，所述方法包括：

步骤201，根据环境温度和预置电压产生第一电压。

本实施例中，所述预置电压为电源电压或接地电压，具体地，温度检测电流源103根据环境温度产生检测电流，检测电流在第一电阻102上产生压降，可以根据电源电压和第一电阻102上的压降在第一节点J处产生第一电压，或者根据接地电压和第一电阻102上的压降在第一节点J处产生第一电压。

可选地，去除检测环境温度时产生的低温直流电流，以提高所述第一电压。

具体地，温度检测电流源103在低温(如-40℃)时电流不为零，即温度检测电流源103会产生低温直流电流，低温直流电流也在第一电阻102上产生压降。设置预置电压为V1，第一电压为V2，检测电流在第一电阻102上的压降为V3，低温直流电流在第一电阻102上产生的压降为V4，则可以得出，温度检测电流源103产生低温直流电流时，V1＝V2+V3+V4，如果去除温度检测电流源103产生的低温直流电流，则V1＝V2+V3，在V2和V3不变的情况下，去除低温直流电流和产生低温直流电流相比，预置电压更低。在V1和V2不变的情况下，去除低温直流电流和产生低温直流电流相比，第一电压V3更高。

可选地，补偿所述温度检测电路的失调电压。

具体地，由于工艺波动，不同的温度检测电流源103在同一环境温度下产生的检测电流会有轻微偏差，因此在第一节点J处产生的第一电压也会有偏差，即输入到模数转换器104中比较器1042的电压发生偏差，最终的温度检测值也会发生偏差。为消除由于工艺波动导致的温度检测值偏差，需要进行失调补偿。补偿失调电压时，可以在设定温度下检测第一电压，对第一电压进行失调补偿，也可以在比较器的另一输入端进行失调补偿。本发明实施例对此不作详细限定，可以根据实际情况进行设置。

步骤202，将模拟信号的所述第一电压转换为数字信号的第二电压。

本实施例中，采用模数转换器104将模拟信号的第一电压转换为数字信号的第二电压，便于温度换算器105根据数字信号的第二电压确定对应的温度检测值。转换过程具体可以包括以下步骤：

子步骤一，根据所述预置电压产生第三电压。

具体地，模数转换器104中可以包括第二电阻1041、比较器1042、逐次逼近器1043和数模转换器1044。数模转换器1044输出预设电流，预设电流流经第二电阻1041产生压降，则根据预置电压和第二电阻1041上的压降可以在第二节点J2处产生第三电压。

子步骤二，比较所述第一电压和所述第三电压，得到比较结果；

具体地，比较器1042的两个输入端分别连接第一节点J1和第二节点J2，比较第一节点J1处的第一电压和第二节点J2处的第三电压，得到比较结果。

子步骤三，根据所述比较结果调整所述第三电压，以使所述第三电压逐次逼近所述第一电压，并在调整后输出所述第二电压。

具体地，逐次逼近器1043根据比较器1042输出的比较结果控制数模转换器1044的输出电流，从而调整第二节点J2处的第三电压，使第三电压逐次逼近第一电压。在比较器1042确定第三电压与第一电压相等时，逐次逼近器1043输出与第一电压相等的数字信号的第二电压。

步骤203，根据所述第二电压得到对应的温度检测值。

本实施例中，预先设置电压与温度的对应关系，根据第二电压以及对应关系可以得到温度检测值。

综上所述，本发明实施例中，温度检测电路根据环境温度和预置电压产生第一电压；将模拟信号的第一电压转换为数字信号的第二电压；根据第二电压得到对应的温度检测值。通过本发明实施例，可以产生使模数转换器在低电源电压下仍能够正常工作的第一电压，从而使本发明实施例的温度检测电路适用于低电源电压的应用场景。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种温度检测电路，其特征在于，所述电路包括预置电压端、第一电阻、温度检测电流源、模数转换器和温度换算器；

所述第一电阻的两端分别连接所述预置电压端和第一节点；

所述温度检测电流源连接所述第一节点；所述温度检测电流源，用于根据环境温度和所述预置电压端的预置电压，在所述第一节点处产生第一电压；

所述模数转换器连接所述第一节点；所述模数转换器，用于将模拟信号的所述第一电压转换为数字信号的第二电压；

所述温度换算器连接所述模数转换器；所述温度换算器，用于根据所述第二电压得到对应的温度检测值。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述模数转换器包括第二电阻、比较器、逐次逼近器和数模转换器；

所述第二电阻的两端分别连接所述预置电压端和第二节点；

所述比较器的两个输入端分别连接所述第一节点和所述第二节点，所述比较器的输出端连接所述逐次逼近器；所述比较器，用于比较所述第一电压和所述第二节点处的第三电压，并将比较结果发送给所述逐次逼近器；

所述逐次逼近器分别连接所述比较器和所述数模转换器；所述逐次逼近器，用于根据所述比较结果控制所述数模转换器的输出电流，并产生所述第二电压；

所述数模转换器分别连接所述第二节点和所述逐次逼近器；所述数模转换器，用于在所述逐次逼近器的控制下逐次改变所述输出电流，以使所述第三电压逐次逼近所述第一电压。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，当所述比较器的输入管为NMOS管时，所述预置电压端为电源电压端；

当所述比较器的输入管为PMOS管时，所述预置电压端为接地端。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括去除直流器；

所述去除直流器连接所述温度检测电流源；所述去除直流器，用于去除所述温度检测电流源产生的低温直流电流，以提高所述第一电压。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括失调补偿器；

所述失调补偿器连接所述温度检测电流源，或，所述失调补偿器连接所述模数转换器；所述失调补偿器，用于补偿所述温度检测电流源的失调电压。

6.一种温度检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任一项所述的温度检测电路，所述方法包括：

根据环境温度和预置电压产生第一电压；

将模拟信号的所述第一电压转换为数字信号的第二电压；

根据所述第二电压得到对应的温度检测值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将模拟信号的所述第一电压转换为数字信号的第二电压，包括：

根据所述预置电压产生第三电压；

比较所述第一电压和所述第三电压，得到比较结果；

根据所述比较结果调整所述第三电压，以使所述第三电压逐次逼近所述第一电压，并在调整后输出所述第二电压。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预置电压为电源电压或接地电压。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

去除检测环境温度时产生的低温直流电流，以提高所述第一电压。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

补偿所述温度检测电路的失调电压。