CN111947797B - 一种基于eeprom调修的高精度新型温度传感器设计电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计，通过在所述AD转换模块中设置转换电容阵列和矫正电容阵列，所述转换电容阵列包括电容C3[1,2,3……13]，所述矫正电容阵列包括对应所述电容C3[1,2,3……13]的电容C4[1,2,3……13]和可变电容C5；所述可变电容C5受控连接于累加器，所述累加器电性连接电擦除可编程只读存储器，所述电擦除可编程只读存储器储存相对应的所述电容C3[1,2,3……13]和所述电容C4[1,2,3……13]高位电容匹配差量，所述累加器可选择的调取所述电擦除可编程只读存储器中储存的所述电容C3[1,2,3……13]和所述电容C4[1,2,3……13]的高位电容匹配差量来累加，根据累加结果控制所述可变电容C5，通过所述电容C5来弥补执行过程中转换电容阵列与矫正电容阵列的电容的高位电容匹配差值来实现高精度数模转换。

Description

一种基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路

技术领域

本发明涉及温度传感器领域，尤其涉及一种基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路。

背景技术

随着社会信息化程度的发展，社会对服务器、交换机等需求量越来越大，服务器、交换机的应用过程中对温度要求也越来越严格，较大的温度偏差可能导致系统误报、宕机甚至机器损坏的情况。因此保证温度监控系统的准确性、灵敏性和安全性至关重要。

现有技术中，温度传感器电路采用的是双极性晶体管来实现，原理是利用两个偏置电流不同的双极型晶体管的基极-射极的电压差来实现一个线性度较好的正温度系数电压，再通过运放对信号进行放大等处理，最后由AD转换器转成数字信号并将给数字电路来进行信号处理。AD转换过程中，往往用到逐次逼近型的模数转换器来对模拟信号进行转换，一般情况下，AD转换过程中，由于器件匹配等存在一定误差，导致模数转换器在转换过程中不能够实现高精度的转换，使得温度计测量存在较明显的误差。EEPROM是电擦除可编程只读存储器，本发明提供一种基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，解决模数转换过程中器件匹配误差造成的模数转换失准。

发明内容

本发明提供基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，旨在解决现有技术中温度传感器调修易受外界干扰影响、设计复杂、调试难度大、成本较高且功耗相对较大的情况。

为实现上述目的，本发明提供一种基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，包括AD转换模块，其中，

所述AD转换模块中设置转换电容阵列和矫正电容阵列，所述转换电容阵列包括一组电容C3[1,2,3……13]，所述矫正电容阵列包括对应所述电容C3[1,2,3……13]的电容C4[1,2,3……13]和可变电容C5；

所有的所述电容C3[1,2,3……13]通过一个极板电性连接比较器A的一个输入端和采样端Vin1，通过另一个极板选择连接参考电势或数字地；所述可变电容C5与所有的所述电容C4[1,2,3……13]通过一个极板电性连接所述比较器A的另一个输入端和采样端Vin2，通过另一个极板选择连接参考电势或数字地；所述比较器A的输出端连接于逐次逼近寄存器；

所述采样端Vin1和所述采样端Vin2分别通过信号调整电路连接温度传感器电路；

所述可变电容C5受控连接于累加器，所述累加器电性连接电擦除可编程只读存储器，所述电擦除可编程只读存储器储存相对应的所述电容C3[1,2,3……13]和所述电容C4[1,2,3……13]高位电容差量。

优选地，所述温度传感电路中包括晶体管T1和晶体管T2，所述晶体管T1和所述晶体管T2的基极和集电极均接地，所述晶体管T1和所述晶体管T2的发射极连接于电源VDD，所述晶体管T1的发射极通过信号调整电路连接所述采样端Vin1，所述晶体管T2的发射极通过信号调整电路连接所述采样端Vin2。

优选地，所述信号调整电路包括增益自举型的运算放大器。

优选地，所述转换电容阵列中设置通道选择器1，所述通道选择器1控制所述电容C3[1,2,3……13]的极板连接参考电势或者数字地；所述矫正电容阵列中设置有通道选择器2，所述通道选择器2控制所述电容C4[1,2,3……13]的极板连接参考电势或者数字地，所述通道选择器2控制所述可变电容C5的极板连接参考电势或者数字地。

优选地，所述逐次逼近寄存器中存储有控制所述通道选择器1和所述通道选择器2的动作指令，所述通道选择器1和所述通道选择器2分别连接所述逐次逼近寄存器。

优选地，所述逐次逼近寄存器中储存有所述累加器的控制指令，所述累加器连接于所述逐次逼近寄存器，所述累加器通过执行所述控制指令从所述电擦除可编程只读存储器中获取相应的所述电容C3[1,2,3……13]和所述电容C4[1,2,3……13]高位电容差量。

优选地，所述晶体管T1或者所述晶体管T2的基极和集电极连接于晶体管T5的集电极，所述晶体管T5的基极连接晶体管T6的基极，所述晶体管T5的发射极连接数字地，所述晶体管T6的发射极连接数字地，所述晶体管T6的集电极连接电流源，所述电擦除可编程只读存储器电性连接多个开关晶体管T3的基极，所述开关晶体管T3的集电极均连接于电流源，所述开关晶体管T3的发射极分别连接晶体管T4，且连接于所述晶体管T4的集电极，所述晶体管T4的基极连接于所述晶体管T5与所述晶体管T6的基极之间，所述晶体管T4的发射极连接于所述晶体管T6的发射极与数字地之间。

本申请提出的一种基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路具体有以下有益效果：

本申请提出的一种基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，利用通过两个参数相同的所述晶体管T1和晶体管T2作为温度传感元件，晶体管T1和晶体管T2的发射极与基极之间分别的生成温度正相关电压差U1和U2，U1和U2通过信号调整电路处理后，经由所述AD转换模块将U1和U2的差值转换为数字信号输出，输出的为U1和U2的差值能够排除背景影响，保证温度测量的准确性，而且在数模转换过程中，对位的所述电容C3[1,2,3……13]和所述电容C4[1,2,3……13]之间的匹配差通过调试输入到所述电擦除可编程只读存储器中，在进行数模转换时，通过累加器从所述电擦除可编程只读存储器调取相应的匹配差进行累加，通过累加结果控制所述可变电容C5进行改变，来弥补所述对位的所述电容C3[1,2,3……13]和电容C4[1,2,3……13]之间的匹配差，保证模数转换过程中转换的高精度。

另外，在所述电擦除可编程只读存储器中编辑存储针对所述开关晶体管T3的控制信号，通过控制所述开关晶体管T3的导通使得所述晶体管T4连入电路用，用于调节所述晶体管T1、所述晶体管T2以及连接器件实际参数与匹配参数差值导致的所述晶体管T1与所述晶体管T2的基极与发射极间分压不准，从而避免所述晶体管T1与所述晶体管T2分压不准而导致的测量不准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路整体结构图；

图2是本发明实施例中AD转换模块的结构示意图；

图3是本发明实施例中AD转换模块的的逻辑关系示意图；

图4是本发明实施例中利用电擦除可编程只读存储器调节的可调电流源调整晶体管T1分压的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1所示，本发明提供基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路包括温度传感器电路、信号调整电路和AD转换模块，其中，

所述温度传感电路中包括晶体管T1和晶体管T2，所述晶体管T1上连接器件对所述晶体管T1的发射极与基极之间的分压进行设计，所述晶体管T2上连接器件对所述晶体管T1的发射极与基极之间的分压进行设计，使得晶体管T1和所述晶体管T2之间的分压差为确定的温度正相关的，具体实施过程中，由于器件自身参数与理想参数不匹配产生影响，而导致所述晶体管T1与所述晶体管T2的基极与发射极之间的分压精度，进而影响测量结果。为了避免上述问题，参阅图4所示，所述晶体管T1或者所述晶体管T2的基极和集电极连接于晶体管T5的集电极，所述晶体管T5的基极连接晶体管T6的基极，所述晶体管T5的发射极连接数字地，所述晶体管T6的发射极连接数字地，所述晶体管T6的集电极连接电流源，所述电擦除可编程只读存储器电性连接多个开关晶体管T3的基极，所述开关晶体管T3的集电极均连接于电流源，所述开关晶体管T3的发射极分别连接晶体管T4，且连接于所述晶体管T4的集电极，所述晶体管T4的基极连接于所述晶体管T5与所述晶体管T6的基极之间，所述晶体管T4的发射极连接于所述晶体管T6的发射极与数字地之间。

所述晶体管T1和所述晶体管T2的发射极通过通道选择器3连接于电源VDD，所述晶体管T1的发射极连接电容C1，所述晶体管T2的发射极连接电容C2，所述电容C1通过通道选择器4选择连接于信号调整电路的输入端1或者输入端2，所述电容C2通过所述通道选择器4选择连接于所述信号调整电路的输入端2或者输入端1，所述信号调整电路输出端1连接采样端Vin1，所述信号调整电路的输出端2连接采样端Vin2，所述输入端1与所述输入端1对应，所述输入端2与所述输出端2对应。

具体实施过程中，所述信号调整电路中包括增益自举型的运算放大器，通过增益自举型的运算放大器将晶体管T1采集的电压信号和晶体管T2采集的电压信号转换到所述AD转换模块能够处理的范围中。

参阅图2所示，所述AD转换模块中设置转换电容阵列和矫正电容阵列，所述转换电容阵列中包括十三个电容C3[1,2,3……13]，其中电容C3[1]：电容C3[2]：电容C3[3]：电容C3[4]：电容C3[5]：电容C3[6]：电容C3[7]：电容C3[8]：电容C3[9]：电容C3[10]：电容C3[11]：电容C3[12]：电容C3[13]比值为1：1/2：1/4：1/8：1/8：1：1/2：1/4：1/8：1/8：1：1/2：1:2，所述电容C4[5]与所述电容C4[6]之间设置耦合电容，所述电容C4[10]与所述电容C4[11]之间设置耦合电容，所述转换电容阵列分为电容C3[1]-C3[5]，C3[6]-C3[10]，C3[11]-C3[13]三段。所述矫正电容阵列包括十三个电容C4[1,2,3……13]和三个可变电容C5[1，2，3]，其中电容C4[1]：电容C4[2]：电容C4[3]：电容C4[4]：电容C4[5]：电容C4[6]：电容C4[7]：电容C4[8]：电容C4[9]：电容C4[10]：电容C4[11]：电容C4[12]：电容C4[13]比值为1：1/2：1/4：1/8：1/8：1：1/2：1/4：1/8：1/8：1：1/2：1:2，而电容C3[1]：电容C4[1]的比值为1:1，所述矫正电容阵列分为电容C4[1]-C4[5]，C4[6]-C4[10]，C4[11]-C4[13]三段，所述电容C5[1]并联于所述电容C4[1]-C4[5]中，所述电容C5[2]并联于所述电容C4[6]-C4[10]中，所述电容C5[3]并联于所述电容C4[10]-C4[13]中，相对应的所述电容C4[1,2,3……13]与所述电容C3[1,2,3……13]之间的理想参数应该一致，实际参数由于工艺耦合等因素存在差距，导致模数转换精度差。

所有的所述电容C3[1,2,3……13]通过一个极板电性连接比较器A的正输入端和采样端Vin1，所有的所述电容C3[1,2,3……13]的另一个极板连接于通道选测器1，具体实施过程中，所述通道选择器1内设置十三个分别连接于所述电容C3[1,2,3……13]的mos开关，十三个连接所述电容C3[1,2,3……13]的mos开关选择性的连接于参考电势或数字地；所述可变电容C5与所有的所述电容C4[1,2,3……13]通过一个极板电性连接所述比较器A的负输入端和采样端Vin2，所述可变电容C5与所有的所述电容C4[1,2,3……13]通过另一个极板选择连接采样端Vin2或数字地；所述比较器A的输出端连接逐次逼近寄存器。所述可变电容C5受控连接于累加器，所述累加器电性连接电擦除可编程只读存储器。

进行温度计调试时，通过结合对特定温度下在特定温度下所述晶体管T1的发射极与基极分压测量结果以及在特定温度下所述晶体管T2的发射极与基极分压测量结果进行分析，确定在所述电擦除可编程只读存储器中储存的所述开关晶体管T3的控制信号，对所述晶体管T1发射极与基极电流调节来调节分压，使得所述晶体管T1与所述晶体管T2发射极与基极分压关系符合温度计算法，避免器件实际参数与理想参数不匹配导致的分压结果与温度计算法匹配性差。通过所述通道选择器1和通道选择器2选择性的接入相对应的所述电容C3[1,2,3……13]和所述电容C4[1,2,3……13]进行调试，检测相对应的所述电容C3[1,2,3……13]与电容C4[1,2,3……13]匹配差导致测量误差值，根据所述误差值在所述电擦除可编程只读存储器储存编辑写入匹配差值。

参阅图3所示，本发明提供基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路设置有逐次逼近寄存器，所述逐次逼近寄存器中设置有所述比较器A的存储空间；所述逐次逼近寄存器中存储有控制所述通道选择器1、所述通道选择器2、所述通道选择器3以及所述通道选择器4的动作指令，所述通道选择器1、所述通道选择器2、所述通道选择器3以及所述通道选择器4连接于所述逐次逼近寄存器；所述逐次逼近寄存器中设置有所述累加器的执行指令，所述累加器连接于所述逐次逼近寄存器；在具体实施过程中，所述比较器A的输出结果按时序移位寄存在所述逐次逼近寄存器将模拟信号转换为数字型号；通过所述逐次逼近寄存器中储存的所述通道选择器3和所述通道选择器4的动作指令控制所述通道选择器3和所述通道选择器4工作实现温度计的温度采样；通过所述以为寄存器中储存的所述通道选择器1和所述通道选择器2的动作指令控制所述通道选择器1和所述通道选择器2按照算法执行相应动作，使得所述转换电容阵列中不同位的电容C3[1,2,3……13]和所述矫正电容阵列中不同位的电容C4[1,2,3……13]选择性的连接所述比较器A，实现模拟信号转化为数字信号；在所述通道选择器1和所述通道选择器2动作前，所述累加器根据所述通道选择器1和所述通道选择器2将要执行的动作，调取所述逐次逼近寄存器中的储存的所述通道选择器1和所述通道选择器2将要执行的动作所对应的累加器执行指令并执行，所述累加器从所述电擦除可编程只读存储器中获取相应的电容C3[1,2,3……13]与电容C4[1,2,3……13]匹配差值累加，根据累加结果控制所述可变电容C5，从而避免模数转换过程中电容不匹配导致的转换误差。

本申请提出的一种基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，利用通过两个参数相同的所述晶体管T1和晶体管T2作为温度传感元件，晶体管T1和晶体管T2的发射极与基极之间分别的生成温度正相关电压差U1和U2，U1和U2通过信号调整电路处理后，经由所述AD转换模块将U1和U2的差值转换为数字信号输出，输出的为U1和U2的差值能够排除背景影响，保证温度测量的准确性，而且在数模转换过程中，对位的所述电容C3[1,2,3……13]和所述电容C4[1,2,3……13]之间的匹配差通过调试输入到所述电擦除可编程只读存储器中，在进行数模转换时，通过累加器从所述电擦除可编程只读存储器调取相应的匹配差进行累加，通过累加结果控制所述可变电容C5进行改变，来弥补所述对位的所述电容C3[1,2,3……13]和电容C4[1,2,3……13]之间的匹配差，保证模数转换过程中转换的高精度。

另外，在所述电擦除可编程只读存储器中编辑存储针对所述开关晶体管T3的控制信号，通过控制所述开关晶体管T3的导通使得所述晶体管T4连入电路用，用于调节所述晶体管T1、所述晶体管T2以及连接器件实际参数与理想参数匹配差值导致的所述晶体管T1与所述晶体管T2的基极与发射极间分压不准，从而避免所述晶体管T1与所述晶体管T2分压不准而导致的测量不准确。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，其特征在于，包括温度传感电路、信号调整电路和AD转换模块，其中，

所述AD转换模块中设置转换电容阵列和矫正电容阵列，所述转换电容阵列包括一组电容C3[1,2,3……13]，所述矫正电容阵列包括对应所述电容C3[1,2,3……13]的电容C4[1,2,3……13]和可变电容C5；

所有的所述电容C3[1,2,3……13]通过一个极板电性连接比较器A的一个输入端和采样端Vin1，通过另一个极板选择连接参考电势或数字地；所述可变电容C5与所有的所述电容C4[1,2,3……13]通过一个极板电性连接所述比较器A的另一个输入端和采样端Vin2，通过另一个极板选择连接参考电势或数字地；所述比较器A的输出端连接于逐次逼近寄存器；

所述采样端Vin1和所述采样端Vin2分别通过信号调整电路连接温度传感电路；

所述可变电容C5受控连接于累加器，所述累加器电性连接电擦除可编程只读存储器，所述电擦除可编程只读存储器储存相对应的所述电容C3[1,2,3……13]和所述电容C4[1,2,3……13]高位电容差量。

2.根据权利要求1所述的基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，其特征在于，所述温度传感电路中包括晶体管T1和晶体管T2，所述晶体管T1和所述晶体管T2的基极和集电极均接地，所述晶体管T1和所述晶体管T2的发射极连接于电源VDD，所述晶体管T1的发射极通过信号调整电路连接所述采样端Vin1，所述晶体管T2的发射极通过信号调整电路连接所述采样端Vin2。

3.根据权利要求2所述的基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，其特征在于，所述信号调整电路包括增益自举型的运算放大器。

4.根据权利要求1所述的基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，其特征在于，所述转换电容阵列中设置通道选择器1，所述通道选择器1控制所述电容C3[1,2,3……13]的极板连接参考电势或者数字地；所述矫正电容阵列中设置有通道选择器2，所述通道选择器2控制所述电容C4[1,2,3……13]的极板连接参考电势或者数字地，所述通道选择器2控制所述可变电容C5的极板连接参考电势或者数字地。

5.根据权利要求4所述的基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，其特征在于，所述逐次逼近寄存器中存储有控制所述通道选择器1和所述通道选择器2的动作指令，所述通道选择器1和所述通道选择器2分别连接所述逐次逼近寄存器。

6.根据权利要求5所述的基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，其特征在于，所述逐次逼近寄存器中储存有所述累加器的控制指令，所述累加器连接于所述逐次逼近寄存器，所述累加器通过执行所述控制指令从所述电擦除可编程只读存储器中获取相应的所述电容C3[1,2,3……13]和所述电容C4[1,2,3……13]高位电容差量。

7.根据权利要求2所述的基于EEPROM调修的高精度新型温度传感器设计电路，其特征在于，所述晶体管T1或者所述晶体管T2的基极和集电极连接于晶体管T5的集电极，所述晶体管T5的基极连接晶体管T6的基极，所述晶体管T5的发射极连接数字地，所述晶体管T6的发射极连接数字地，所述晶体管T6的集电极连接电流源，所述电擦除可编程只读存储器电性连接多个开关晶体管T3的基极，所述开关晶体管T3的集电极均连接于电流源，所述开关晶体管T3的发射极分别连接晶体管T4，且连接于所述晶体管T4的集电极，所述晶体管T4的基极连接于所述晶体管T5与所述晶体管T6的基极之间，所述晶体管T4的发射极连接于所述晶体管T6的发射极与数字地之间。

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