CN112513598B - 用于温度感测的方法和电路、温度传感器以及电器 - Google Patents

Abstract

在实施例中，一种用于温度感测的方法包括以下步骤：馈送包括物体的温度的第一值的模拟信号(Sin)；使用第一模数转换器(ADC)(10)执行步骤一(S1)的模拟信号的模数转换，并且据此提供表示初始数字温度值的第一数字信号(Soutl)；使用第二ADC(20)执行步骤二(S2)的模拟信号(Sin)的模数转换，并且据此提供表示数字参考温度值的第二数字信号(Sout2)；定期馈送包括物体的温度的连续值的模拟信号(Sin)，使用第二ADC(20)执行步骤三(S3)的模拟信号(Sin)的模数转换，并且据此提供表示连续数字温度值的第二数字信号(Sout2)，并且根据连续数字温度值与数字参考温度值之间的差来计算数字delta温度值；以及只要数字delta温度值处于预定范围内，就重复后一步骤。

Description

用于温度感测的方法和电路、温度传感器以及电器

本公开涉及低功率温度感测的领域。具体地，本申请涉及一种用于温度感测的方法和电路，以及涉及一种温度传感器和电器。

已知的用于低功率温度感测的方法利用低功率模数转换器(ADC)以非常低的速率对温度进行采样。低速率意味着例如每秒一次。低功率温度传感器通常使用高阶的sigma-delta ADC以减少转换所需的时间，并且因此减少消耗的总能量。换句话说，实际的解决方案是以恒定的间隔监测温度，并且每个间隔以全功耗执行一次测量。

因此，进一步改进低功率温度测量的目的是能够看到的。

通过独立权利要求的主题来实现该目的。在从属权利要求中限定了实施例和改进方案。

在一个实施例中，用于温度感测的方法包括以下步骤：

-馈送包括物体的温度的第一值的模拟信号，使用第一模数转换器(ADC)执行模拟信号的模数转换，并且据此提供表示初始数字温度值的第一数字信号，

-使用第二ADC执行模拟信号的模数转换，并且据此提供表示数字参考温度值的第二数字信号，

-定期馈送包括物体的温度的连续值的模拟信号，并且使用第二ADC执行该模拟信号的模数转换，据此提供表示连续数字温度值的第二数字信号，并且根据连续数字温度值与数字参考温度值之间的差来计算数字delta温度值，

-只要数字delta温度值处于预定范围内，就重复后一步骤。

该方法通过定期计算数字delta温度值以及将其与预定范围进行比较来允许监测温度变化。只有当物体的温度已经显著变化时，即当数字delta温度值处于预定范围之外时，该方法才通过使用第一ADC执行模拟信号的模数转换来重新开始。因此，大大降低了功耗。

预定范围是可调节的。其能够被设置为某个值，例如一开尔文。

同样，用于定期馈送模拟信号并且使用第二ADC执行模数转换的时间间隔也是可调节的。

其中，只要数字delta温度值处于预定范围内就重复后一步骤包括保持重复以下步骤：馈送包括物体的温度的附加连续值的模拟信号；使用第二ADC执行模拟信号的模数转换，并且据此提供表示附加连续数字温度值的第二数字信号；根据附加连续数字温度值与数字参考温度值之间的差来计算连续数字delta温度值；以及确定连续数字delta温度值是否处于预定范围内。

在改进方案中，由第二ADC执行的模数转换消耗的功率少于由第一ADC执行的模数转换消耗的功率。例如，在每次转换中，由第二ADC执行的模数转换消耗的功率少于由第一ADC执行的模数转换期间所消耗的功率的百分之二十。特别地，由第二ADC执行的模数转换消耗的功率少于由第一ADC执行的模数转换所消耗的功率的百分之五。更特别地，由第二ADC执行的模数转换消耗的功率少于由第一ADC执行的模数转换所消耗的功率的百分之一。

例如，第一ADC对于每秒四次转换具有大约八微瓦的功耗，而第二ADC对于每秒四次转换具有大约80纳瓦的功耗。

在改进方案中，由第一ADC执行的模数转换是一阶或更高阶的sigma-delta转换或流水线算法转换或其组合，并且第一数字信号提供有高的精度。由第二ADC执行的模数转换是逐次逼近转换或循环转换或其组合。第二数字信号提供有低于第一数字信号的精度。

在示例性实施方式中，由第一ADC执行的模数转换是sigma-delta转换，并且第一信号提供有高的精度，而由第二ADC执行的模数转换是逐次逼近转换，并且第二数字信号提供有低于第一数字信号的精度。这意味着对于由第二ADC执行的模数转换，能够使用超低功率ADC。因此，由于所提出的方法是通过确定数字delta温度值来定期测量物体的温度的变化的，因此在大多数时间仅超低功耗的第二ADC是激活的。因此，所提出的方法的功耗低于现有技术温度测量中的功耗。

所提出的方法在温度保持恒定达数小时的情况下是尤其有利的。而且，在物体的温度发生快速变化的情况下，与采用低采样率的现有技术温度感测相比，通过所提出的方法能够更好地追踪和检测所述变化。

因此，所提出的方法基于仅在需要时使用高精度高功耗第一ADC并且利用超低功率第二ADC定期检测温度变化的精确温度测量。

如上所述，通过计算数字delta温度值来检测温度变化的时间间隔是能够被调整的。该时间间隔也被称为采样率。因此，利用所提出的方法，采样率能够更高，并且功耗仍然低于现有技术的实施方式。在温度快速变化的情况下，使用第一ADC的精确温度测量被触发。这避免了在现有技术实现中的典型的等待下一个采样事件所花费的时间。

在改进方案中，第二ADC使用由第一ADC执行的模数转换的内部模拟信号。内部模拟信号在由第一ADC执行的模拟信号的数模转换期间被提供。根据模拟信号的放大或者模拟信号的放大和积分提供内部模拟信号。

在改进方案中，如果数字delta温度值处于预定范围之外，则重新开始该方法。

重新开始该方法触发使用第一ADC的物体的温度的模数转换，该第一ADC提供表示具有高精度的新的初始数字温度值的第一数字信号。

因此，当在该方法的先前执行回合中，由重复地对模拟温度值进行采样并且提供数字值的超低功率第二ADC检测到的温度改变处于预定义范围之外时，触发由第一ADC执行的精确温度转换。与采用高精度ADC以固定但低的采样率的现有技术温度测量相比，通过所提出的方法减小了功耗，并且实现了温度变化检测的更高精度。

在发展中，馈送模拟信号包括对表示物体的温度的第一连续值的模拟信号的实际值进行采样。

在进一步的改进方案中，模拟信号和内部模拟信号二者均被实现为差分信号。

在一个实施例中，用于温度感测的电路包括第一ADC、第二ADC和计算单元。该电路根据数字delta温度值而准备操作在第一操作模式或第二操作模式下。第二操作模式比第一操作模式消耗更少的功率。第一ADC具有用于接收包括物体的温度的第一值的模拟信号的输入端和用于根据模拟信号的模数转换提供第一数字信号的输出端。第一数字信号包括初始数字温度值。第二ADC具有耦合至第一ADC的输入端。第二ADC还具有用于根据模拟信号的模数转换提供第二数字信号的输出端。第二数字信号包括数字参考温度值或连续的数字温度值。计算单元被耦合至第二ADC的输出端，并且被配置成根据连续数字温度值与数字参考温度值之间的差来提供数字delta温度值。

在第一操作模式下，根据以模拟信号接收的物体的温度的第一值提供初始数字温度值。一旦确定了初始数字温度值，该电路就在第二操作模式下操作。在所述第二操作模式期间，第二ADC首先通过物体的温度的第一值的模数转换来提供数字参考温度值。接下来，第二ADC提供连续数字温度值，根据以模拟信号提供的物体的温度的连续值的模数转换提供该连续数字温度值。计算单元计算连续数字温度值与数字参考温度值之间的差，并且据此提供数字delta温度值。为了确定所述delta温度值是否处于例如由上阈值和下阈值所表示的预定范围内，计算单元将数字delta温度值与预定范围进行比较。只要delta温度值确实处于预定范围内，该电路就在第二操作模式下操作，并且第二ADC重复地执行以模拟信号提供的物体的附加连续温度值的模数转换，据此提供附加的连续数字温度值，并且计算单元根据附加的连续数字温度值与数字参考温度值之间的差来确定数字delta温度值的附加值，并且将数字delta温度值的所述附加值与预定范围进行比较。

与现有技术实现相比，所描述的电路使得能够进行低功率温度感测。

所述电路能够被用作上述方法的示例实施方式。从而实现了相对于现有技术水平的相应增强。

例如，第二ADC使用由第一ADC执行的模数转换的内部模拟信号。其中，在由第一ADC执行的模拟信号的模数转换期间提供内部模拟信号，并且根据模拟信号的放大或者模拟信号的放大和积分提供内部模拟信号。

在改进方案中，在第一操作模式下，第一ADC被激活并且第二ADC被关闭。在第二操作模式下，第二ADC被激活，同时除了第一ADC的运算放大器之外，第一ADC被关闭。

第一ADC例如由一阶或更高阶的sigma-delta ADC或流水线算法ADC或其组合来实现。第二ADC包括例如逐次逼近ADC或循环ADC或其组合。如本领域技术人员所知，对于相同的速度和精度，sigma-delta ADC比逐次逼近ADC消耗更多的功率。因此，当仅在第一操作模式期间激活具有较高功率的高精度sigma-delta ADC的第一ADC实施方式，并且在第二操作模式下将其关闭时，是能够节省功率的。只要在数字delta温度值中反映的温度变化处于预设范围内，要求保护的电路就在第二操作模式下操作，其中仅具有低功率的、例如逐次逼近ADC实施方式的第二ADC与第一ADC的运算放大器一起被激活。

在示例性实施方式中，在每次转换中，第二ADC消耗的功率少于第一ADC所消耗的功率的20％，特别少于百分之五并且更特别地少于百分之一。因此，在第二操作模式下，少于在第二操作模式期间所消耗的功率的20％，特别少于百分之五并且更特别地少于百分之一的功率被消耗。

在改进方案中，在提供第一初始数字温度值时，该电路在第一操作模式下操作。只要数字delta温度值处于预定范围内，该电路就在第二操作模式下操作。

在改进方案中，第一ADC包括运算放大器和第一比较器。运算放大器具有用于接收模拟输入信号的输入端，并且被配置成用于对模拟输入信号进行放大和/或积分，并且据此在其输出端处提供内部模拟信号。第一比较器被耦合至运算放大器的输出端，并且被配置成在其输出端处根据内部模拟信号提供数字比特流信号。数字比特流信号表示第一数字信号。

在改进方案中，该电路还包括主比较器，该主比较器被配置成接收包括delta温度值的delta温度信号和包括上阈值和下阈值的阈值信号，并且被配置成根据delta温度值信号(Sd)与阈值信号的比较提供控制信号。控制信号被提供给第一ADC和第二ADC，以用于在第一操作模式和第二操作模式下分别对其进行控制。

在另一改进方案中，计算单元包括被配置成存储数字参考温度值的存储器部件和与存储器部件的输出端耦合的减法单元。减法单元被配置成从连续数字温度值中减去数字参考温度值，并且据此提供数字delta温度值。

在改进方案中，第二ADC的输入端适于接收第一ADC的内部模拟信号。第二ADC包括具有多个电容器和多个开关的电容开关部件、耦合至电容开关部件的第二比较器、以及耦合至第二比较器的输出端和电容开关部件的逻辑部件。逻辑部件被配置成通过使用内部模拟信号在根据逐次逼近算法的第二操作模式期间控制与电容器组合的开关。

在逻辑部件控制下的逐次逼近中，根据第二比较器的输出来依次确定第二数字信号的每个位的值。

在改进方案中，该电路还包括耦合至第一ADC的输出端的第一缩放部件以及/或者耦合至第二ADC的输出端的第二缩放部件。第一缩放部件被配置成根据包括初始数字温度值的第一数字信号的缩放来提供包括缩放数字初始温度值的第一缩放数字信号。第二缩放部件被配置成根据包括连续数字温度值或附加的连续数字温度值的第二数字信号的缩放来提供包括缩放数字初始温度值的第二缩放数字信号。

在实施例中，温度传感器具有模拟前端电路和如上定义的用于温度感测的电路。模拟前端电路具有被配置成提供模拟温度相关信号的至少两个半导体器件。用于温度感测的电路被耦合至模拟前端电路。模拟温度相关信号被提供至用于温度感测的电路的输入端。

由模拟前端电路提供的模拟温度相关信号被馈送至用于温度感测的电路的输入端。因此，模拟温度相关信号被用作用于温度感测的电路中的模拟信号。

与现有技术传感器相比，特定的温度传感器使得能够以减少的功耗进行温度感测。

半导体器件被实现为例如晶体管，尤其是双极晶体管，或者被实现为热敏电阻器，该热敏电阻器被控制以提供温度相关模拟信号。所述信号与绝对温度PTAT成比例，或者与绝对温度CTAT互补。

在一个实施例中，电器包括根据上述定义的温度传感器。

使用具有用于感测电器内部温度的温度感测电路的特定温度传感器来实现电器，以及随后对所述温度的控制，这实现了与温度感测相关的功耗的大幅降低。

电器能够被实现为冰箱和/或冰柜或空调或用于温度监测的电子装置或需要温度监测的机器或电子功率装置等。

下文参照附图使用示例性实施例详细说明了所提出的用于温度感测的方法、所提出的温度感测电路以及所提出的温度传感器。功能相同或具有相同效果的部件和电路元件具有相同的附图标记。就电路零件或部件在功能上对应于一个附加部件的情况而言，在以下附图中的每个中将不再重复对它们的描述。

其中：

图1示出了所提出的用于温度感测的方法的实施例示例；

图2示出了所提出的用于温度感测的电路的第一实施例示例；

图3示出了模拟前端电路的示例性实施方式；以及

图4示出了所提出的用于温度感测的电路的第二实施例示例。

图1示出了所提出的用于温度感测的方法的实施例示例。用具有步骤S1、S2、S3和S4的流程图的形式来描述该方法。该方法以步骤S1中的物体的温度的精确转换开始。所述精确转换S1包括：馈送包括物体的温度的第一值的模拟信号，使用第一模数转换器ADC执行所述模拟信号的模数转换，并且据此提供表示初始数字温度值的第一数字信号。因此，初始数字温度值是物体的温度的模拟第一值的数字表示。

在步骤S2中，执行超低功率ULP参考转换。所述ULP参考转换包括使用第二ADC执行模拟信号的模数转换，并且据此提供表示数字参考温度值的第二数字信号。

在步骤S3中，执行ULP delta转换，其包括：馈送包括物体的温度的连续值的模拟信号，使用第二ADC执行模拟信号的模数转换，并且据此提供表示连续数字温度值的第二数字信号，以及根据连续数字温度值与数字参考温度值之间的差来计算数字delta温度值。

该方法进行到步骤S4，在该步骤中确定数字delta温度值是否处于预定范围内。只要数字delta温度值确实处于预定范围内，该方法就重复步骤S3和S4。详细地，在步骤S3的每次重复中，再次馈送模拟信号，并且对模拟信号的实际值进行采样，该模拟信号的实际值表示物体的温度的连续值。然后使用第二ADC执行模拟信号的模数转换，其提供包括连续数字温度值的第二数字信号，该连续数字温度值对应于模拟信号的采样实际值，即物体的温度的连续值。再次，根据连续数字温度值与数字参考温度值之间的差来计算数字delta温度值。在步骤S4中，在每次重复中，检查数字delta温度值是否处于预定范围内。

在数字温度值处于预定范围之外的情况下，即在当前重复中，第二数字信号提供的数字温度值与数字参考温度值之间的差在预定范围之外，则重新开始该方法。随后，根据如上所述的步骤S1执行新的精确温度转换。

由于仅在步骤S1中使用高精度以及因此高功耗的第一ADC，并且在大部分时间内，在步骤S3和S4中的重复delta转换中使用低功率第二ADC，因此，与现有技术实现相比，所提出的方法允许以小部分功耗进行温度感测。在示例性实现中，第二ADC消耗的功率少于由第一ADC所消耗的功率的20％。特别地，第二ADC消耗的功率少于由第一ADC所消耗的功率的百分之五。更特别地，第二ADC消耗的功率少于由第一ADC所消耗的功率的百分之一。

图2示出了所提出的用于温度感测的电路的第一实施例示例。该电路包括第一模数转换器(ADC)10、第二ADC 20和计算单元30。第一ADC 10具有用于接收模拟信号Sin的输入端和用于根据图1中步骤S1的模拟信号Sin的模数转换提供第一数字信号Soutl的输出端。第一数字信号Soutl包括初始数字温度值。第二ADC 20具有耦合至第一ADC 10的输入端。第二ADC 20还具有用于根据模拟信号Sin的模数转换提供第二数字信号Sout2的输出端。第二数字信号Sout2包括数字参考温度值或连续的数字参考温度值。计算单元30被耦合至第二ADC 20的输出端，并且被配置成根据第二数字信号Sout2提供的实际数字温度值与数字参考温度值之间的差来提供数字delta温度值。在计算单元30的输出端，通过delta温度信号Sd提供delta温度值。

根据delta温度信号Sd提供的数字delta温度值，电路被操作在第一操作模式下或第二操作模式下。

第一ADC 10包括sigma-delta ADC，也称为delta-sigma ADC或sigma-delta调制器，而第二ADC 20包括逐次逼近(SAR)ADC。当以第一数字信号Sout1的形式提供第一初始数字温度值时，电路操作在第一操作模式下。只要被包括在delta温度信号Sd中的数字delta温度值处于预定范围内，电路就操作在第二操作模式下。在第一操作模式下，第一ADC 10被激活，并且第二ADC 20被关闭。在第二操作模式下，第二ADC 20被激活，同时除了第一ADC10所包括的运算放大器11以外，第一ADC 10被关闭。

该电路还包括耦合至计算单元30的输出端的主比较器40。主比较器40被配置成接收delta温度信号Sd和包括上阈值和下阈值的阈值信号Sth。主比较器40被配置成根据delta温度数值信号Sd与阈值信号Sth的比较提供控制信号Sctl。控制信号Sctl被提供给第一ADC 10和第二ADC 20，以在第一操作模式和第二操作模式下分别对其进行控制。

第一ADC 10包括运算放大器11以及耦合至运算放大器11的输出端的第一比较器12。运算放大器11被配置用于对模拟输入信号11进行放大和/或积分，并据此提供内部模拟信号Sint。第一比较器12被配置成在其输出端处根据内部模拟信号Sint提供数字比特流信号Sb。

包括运算放大器11和第一比较器12的第一ADC 10表示一阶的sigma-delta ADC。可选地，第一ADC 10可以包括第二运算放大器和耦合在运算放大器11与第一比较器12之间的积分器15。第一ADC 10的这种实施方式是二阶的sigma-delta ADC。

第一ADC 10的放大器11表示环路滤波器。比较器12是钟控比较器。如本领域技术人员所知，在使用在第一ADC 10中的时钟发生器的每个时钟周期期间，第一比较器12基于放大器11的输出端处的内部模拟信号Sint的极性产生比特流信号Sb的比特。比特流信号Sb被反馈至放大器11，以便将放大器或积分器11的输出端驱动至零。放大器或积分器11累积模拟信号Sin与量化比特流信号Sb之间的差。由于比特流信号Sb的反馈，第一比较器12的输出的局部平均值跟踪模拟信号Sin的局部平均值。

通过控制信号Sctl，根据包括数字delta温度值的delta温度信号Sd对第一ADC 10或第二ADC 20进行激活，以实现第一操作模式和第二操作模式。

与现有技术相比，通过主要使用包括SAR ADC的超低功率第二ADC 20以及仅在delta温度值处于预定义范围之外时接通第一ADC 10的高功率sigma-delta ADC来节省功率。如前所述，第二ADC 20消耗的功率仅是由第一ADC 10所消耗的功率的一部分。例如，第二ADC 20消耗的功率少于由第一ADC 10所消耗的功率的百分之二十，或者特别是少于百分之五，或者更特别地是少于百分之一。

同样，能够根据温度变化来调整高精度温度转换的采样率。

图2还示出了模拟前端电路50。模拟前端电路50具有至少两个半导体器件，其被配置成提供模拟温度相关信号。下面将参照图3更详细地描述模拟前端电路50。每当模拟前端电路50如图2所述的被耦合至温度感测电路时，都会形成所提出的温度传感器。由模拟前端电路50提供的模拟温度相关信号被馈送至用于温度感测的电路的输入端。因此，模拟温度相关信号被用作模拟信号Sin。

图3示出了与所提出的温度传感器一起使用的模拟前端电路的示例性实施方式。模拟前端电路50包括第一晶体管和第二晶体管Tl、T2以及第一电流源和第二电流源Csl、Cs2。第一和第二晶体管Tl、T2均被实现为双极晶体管。如图3所示，第一晶体管T1的基极端子和第二晶体管T2的基极端子被耦合至参考电势端子9。第一晶体管T1的集电极端子和第二晶体管T2的集电极端子也被耦合至参考电势端子9。第一电流源Csl的一个端子被耦合至电源电势端子8，并且其第二端子被耦合至第一晶体管T1的发射极端子。第一电流源Csl准备提供第一电流I1。第二电流源Cs2一方面被连接至电源电势端子8，另一方面被连接至第二晶体管T2的发射极端子。第二电流源Cs2适于提供第二电流I2，其中，第二电流I2的值对应于第一电流I1的值的n倍。在第一晶体管T1的发射极端子处提供信号Stn。在该实施方式示例中，信号Stn对应于第一晶体管的基极发射极电压，其根据以下等式，其取决于绝对温度：

其中，k表示玻尔兹曼常数，T表示以开尔文为单位的温度，q表示元电荷，Ic表示集电极电流，Is表示饱和电流。

温度系数被大致表示为负两毫伏每开尔文。

因此，信号Stn取决于第一晶体管T1的温度。

同样，在第二晶体管T2的集电极端子处提供信号Stp。在该实施方式示例中，信号Stp对应于第二晶体管T2的基极发射极电压，并且遵循上述同一等式，即由于基极-发射极电压的负温度系数，信号Stp也取决于CTAT电压形式的绝对温度。

当在如结合根据本申请中描述的任何实施例的温度感测电路所提出的温度传感器中采用模拟前端电路50时，信号Stn与Stp之间的差信号被用作温度相关信号，并且被作为差分信号提供给第一ADC的输入端，或者仅使用所述差分信号的一个分量，即Stn或Stp。

图4示出了所提出的用于温度感测的电路的第二实施例示例。除了图4中描述的一些更多细节之外，图4所示的用于温度感测的电路60与图2所示的第一实施例是一致的。因此图2的描述相应地适用于图4。

在本实施例中，第一ADC 10被实现为具有运算放大器11、第一比较器12和滤波器部件13的一阶的sigma-delta ADC。运算放大器11被提供有模拟信号Sin，该模拟信号被实现为包括如图3所示的模拟前端电路50所提供的信号Stp和信号stn的差分信号。运算放大器11通过对信号Stp和Stn之间的差进行放大和积分来提供内部模拟信号Sint。所述内部模拟信号Sint也被实现为具有提供给第一比较器12的各输入端的分量Sintp和Sintn的差分信号。在第一比较器12的输出端处根据内部模拟信号Sint提供单端数字比特流信号Sb。比特流信号Sb被反馈至运算放大器11，并且也被提供给滤波器部件13的输入端。在对数字比特流信号Sb进行滤波之后，滤波器部件13在第一ADC 10的输出端处提供第一数字信号Sout1。通过滤波器部件13的滤波包括例如转换为16位代码。

图4中描绘的温度感测电路60还包括第一缩放部件和第二缩放部件14、24。第一缩放部件14被耦合至第一ADC 10的输出端，并且被配置成根据包括初始数字温度值的第一数字信号Sout1的缩放来提供包括缩放数字初始温度值的第一缩放数字信号St1。其中的缩放是指根据比特流形成数字值。

第二ADC 20被实现为SAR ADC，该SAR ADC消耗的功率是第一ADC 10所消耗的功率的一部分，例如少于20％、百分之五或百分之一。例如，对于每秒四次转换，第二ADC 20消耗约80纳瓦，而第一ADC 10消耗约八微瓦。

详细地，第二ADC 20包括电容开关部件21、耦合至电容开关部件21的第二比较器22、以及耦合至第二比较器22的输出端和电容开关部件21的用于其控制的逻辑部件23。电容开关部件21具有多个电容器Clp、C2p、C3p和C4p，以及Cln、C2n、C3n和C4n。如图4所示，用于开关部件21中的电容器的电容值被缩放。例如，电容器Clp的电容值对应于值C，电容器C2p的电容对应于两倍的值C，电容器C3p的电容对应于四倍的值C，并且电容器C4p的电容对应于八倍的值C。如图4所示，对应的电容值被实现在电容器Cln、C2n、C3n和C4n中。

电容器Clp、C2p、C3p和C4p的下极板是彼此连接的，并且被连接至第二比较器22的非反相输入端。以可切换的方式将信号Stp提供至电容器Clp、C2p、C3p和C4p的下极板的所述连接。同样，电容器Cln、C2n、C3n和C4n的上极板是彼此连接的，并被耦合至第二比较器22的反相输入端。也以可切换的方式将信号Stp提供至电容器Cln、C2n、C3n和C4n的上极板的所述连接。

电容器Clp、C2p、C3p和C4p的上极板均分别在逻辑部件23的控制下以可切换的方式耦合至提供有信号Sintp的输入端、或者提供有信号Stp的输入端、或者参考电势端子9。参考电势端子9例如提供有接地电压。

以类似的方式，电容器Cln、C2n、C3n和C4n的下极板均分别在控制逻辑23的控制下以可切换的方式耦合至提供有信号Sintn的输入端、或者提供有信号Stp的输入端、或者参考电势端子9。

具有最高电容值的电容器C4p和C4n被用于确定由内部信号Sintp、Sintn表示的模拟信号Sin的最高有效位MSB。具有最低电容值的电容器Clp和Cln被用于确定模拟信号Sin的最低有效位LSB。以这种方式，在图1的步骤S2的参考转换开始时或者在图1的步骤S3的每次重复执行开始时，在所谓的获取阶段中，电容开关部件21的电容器Clp、C2p、C3p和C4p的上极板分别被连接至接收信号Sintp的端子，同时这些电容器的下极板分别被连接以接收信号Stp。因此，电容器Clp、C2p、C3p和C4p均分别充电至对应于信号Sintp的电压与信号Stp的电压之间的差的电压。同样，电容开关部件21的电容器Cln、C2n、C3n和C4n的下极板分别被连接至接收信号Sintn的端子，同时这些电容器的上极板分别被连接以接收信号Stp。通过这样，电容器Cln、C2n、C3n和C4n均被充电至对应于信号Sintn的电压与信号Stp的电压之间的差的电压。

接下来，逻辑单元23控制电容开关部件21的所有开关处于开路状态。

然后通过将电容器C4p的上极板连接至信号Stp来确定MSB。同时，电容器C4n的下极板被连接至接地电势端子9。根据比较器22的输出，逻辑部件23决定MSB是被保持为如先前假定的1还是被设置为0。

接下来，类似于确定MSB，电容器C3p和C3n被用于确定具有第二有效位的值。之后，电容器C2p和C2n类似地被用于确定第三有效位。最后，采用电容器Clp和Cln来确定LSB。整个过程遵循本领域技术人员已知的逐次逼近算法。

在转换周期结束时，第二ADC 20以比特流的形式提供第二数字信号Sout2，该比特流(在本示例中为在该周期中转换的模拟输入信号Sin的每个值)包括四个比特。

在第二缩放部件24中执行第二数字信号Sout2的缩放，在该第二缩放部件的输出端处提供具有模拟信号Sin的数字表示的第二缩放信号St2(例如以开尔文为单位的温度值的形式)。第二缩放信号St2被传播至计算单元30。

计算单元30具有存储器部件31和减法单元32。提供有第二数字信号Sout2以及第二缩放信号St2的数字参考温度值被存储在存储器部件31中，以用于稍后与连续数字温度值进行比较。通过从在如图1所示的方法的步骤S3的每个循环中的连续数字温度值中减去数字参考温度值来确定数字delta温度值，并在计算单元30的输出端处提供了数字delta信号Sd。

根据图1的步骤S4，在主比较器40中，所述数字delta信号Sd与表示预定范围的阈值信号Sth进行比较。只要数字delta信号Sd处于由阈值信号Sth表示的预定范围内，则主比较器40的输出为零。于是，根据图1所示的方法的步骤S3的下一个周期，第二ADC 20被激活以转换物体的温度的连续值。

其中，主比较器40可以被实现为具有窗口比较器，其提供有阈值信号Sth的上阈值和下阈值。因此，预定义范围定义为上阈值与下阈值之间的范围。

能够看到，第二ADC 20重复使用由第一ADC 10的运算放大器11提供的内部信号Sint。

图4所示的实施方式表示用于温度感测的电路的非常功率有效的实施方式。

在说明书中，术语“耦合”和“连接”被同义地使用，以指示在两个或更多个电路元件之间的连接。在所要求保护的电路的实施方式中，除非指定直接连接，否则其他电气元件(例如电阻器)可以位于耦合或连接的元件之间。所述直接连接意味着中间没有任何其他元件的直接连接。

应当理解，除非描述为替代物，否则关于任何一个实施例描述的任何特征都可以被单独使用，或者与所描述的其他特征组合使用，并且还可以与任何其他实施例的一个或更多个特征组合使用，或者与任何其他实施例的任何组合使用。此外，在不脱离如所附权利要求中限定的低通滤波器装置的范围的情况下，也可以采用上面未描述的等效物和修改。

附图标记说明

8 电源电势端子

9 参考电势端子

10、20 ADC

30 计算单元

40、12、22 比较器

50 模拟前端

Csl、Cs2 电流源

T1、T2 电流

11、15 放大器/积分器

13 滤波器部件

12、14 缩放部件

21 电容开关部件

23 逻辑部件

T1、T2 晶体管

31 存储器部件

32 减法单元

Clp、Cln、C2p、C2n、C3p、C3n 电容器

C4p、C4n 电容器

Sin、Sint、Stp、Stn、Sb 信号

Sintn、Sintp、Soutl、Sout2 信号

Stl、St2、Sd、Sth、Sctl 信号

S1、S2、S3、S4 步骤。

Claims (19)

1.一种用于温度感测的方法，包括以下步骤：

馈送包括物体的温度的第一值的模拟信号（Sin），

使用第一模数转换器（10）执行（S1）所述模拟信号（Sin）的模数转换，并且据此提供表示初始数字温度值的第一数字信号（Sout1），

使用第二模数转换器（20）执行（S2）所述模拟信号（Sin）的模数转换，并且据此提供表示数字参考温度值的第二数字信号（Sout2），

定期馈送包括所述物体的温度的连续值的所述模拟信号（Sin），使用所述第二模数转换器（20）执行（S3）所述模拟信号（Sin）的模数转换，并且据此提供表示连续数字温度值的所述第二数字信号（Sout2），并且根据所述连续数字温度值与所述数字参考温度值之间的差来计算数字delta温度值，以及

其中，只要所述数字delta温度值处于预定范围内，除所述第一模数转换器（10）的运算放大器（11）之外，所述第一模数转换器（10）被关闭，并且所述第二模数转换器（20）就执行所述模拟信号（Sin）的模数转换，并且

当所述数字delta温度值处于所述预定范围之外时，所述第一模数转换器（10）被激活并且所述第二模数转换器（20）被关闭，并且所述第一模数转换器（10）执行所述模拟信号（Sin）的模数转换来重新开始所述方法。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，由所述第二模数转换器（20）执行的模数转换比由所述第一模数转换器（10）执行的模数转换消耗更少的功率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，所述第二模数转换器（20）使用由所述第一模数转换器（10）所执行的模数转换的内部模拟信号（Sint），所述内部模拟信号（Sint）在由所述第一模数转换器（10）执行的所述模拟信号（Sin）的模数转换期间被提供，根据所述模拟信号（Sin）的放大或者所述模拟信号（Sin）的放大和积分提供所述内部模拟信号（Sint）。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述模拟信号（Sin）和所述内部模拟信号（Sint）二者均被实现为差分信号。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，馈送所述模拟信号（Sin）包括对所述模拟信号（Sin）的实际值进行采样，所述模拟信号的实际值表示所述物体的温度的第一值、连续值或附加连续值。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，

所述第一模数转换器实现了一阶或更高阶的sigma-delta模数转换器或流水线算法模数转换器或其组合；并且

所述第二模数转换器实现了逐次逼近模数转换器或循环模数转换器或其组合。

7.根据权利要求1所述的方法，

其中，由所述第二模数转换器（20）执行的模数转换所消耗的功率少于由所述第一模数转换器（10）执行的模数转换所消耗的功率的百分之五。

8.根据权利要求1所述的方法，

其中，由所述第二模数转换器（20）执行的模数转换所消耗的功率少于由所述第一模数转换器（10）执行的模数转换所消耗的功率的百分之一。

9.一种用于温度感测的电路，包括

第一模数转换器（10），其具有用于接收包括物体的温度的第一值的模拟信号（Sin）的输入端和用于根据所述模拟信号（Sin）的模数转换提供第一数字信号（Sout1）的输出端，所述第一数字信号（Sout1）包括初始数字温度值，

第二模数转换器（20），其具有耦合至所述第一模数转换器（10）的输入端，所述第二模数转换器（20）还具有用于根据所述模拟信号（Sin）的模数转换提供第二数字信号（Sout2）的输出端，所述第二数字信号（Sout2）包括数字参考温度值或连续数字温度值，以及

计算单元（30），其被耦合至所述第二模数转换器（20）的输出端，并且被配置成根据所述连续数字温度值与所述数字参考温度值之间的差来提供数字delta温度值，

其中，只要所述数字delta温度值处于预定范围内，除所述第一模数转换器（10）的运算放大器（11）之外，所述第一模数转换器（10）被关闭，并且所述第二模数转换器（20）就执行所述模拟信号（Sin）的模数转换，并且当所述数字delta温度值处于所述预定范围外时，所述第一模数转换器（10）被激活并且所述第二模数转换器（20）被关闭，并且所述第一模数转换器（10）执行所述模拟信号（Sin）的模数转换。

10.根据权利要求9所述的电路，

其中，所述第二模数转换器（20）使用由所述第一模数转换器（10）所执行的模数转换的内部模拟信号（Sint），所述内部模拟信号（Sint）在由所述第一模数转换器（10）执行的所述模拟信号（Sin）的模数转换期间被提供，根据所述模拟信号（Sin）的放大或者所述模拟信号（Sin）的放大和积分提供所述内部模拟信号（Sint）。

11.根据权利要求10所述的电路，

其中，根据所述数字delta温度值，所述电路被准备以第一操作模式或第二操作模式工作，并且其中，所述第二操作模式比所述第一操作模式消耗更少的功率，

其中，在所述第一操作模式下，所述第一模数转换器（10）被激活并且所述第二模数转换器（20）被关闭，并且

在所述第二操作模式下，所述第二模数转换器（20）被激活，同时除所述第一模数转换器（10）的运算放大器（11）之外，所述第一模数转换器（10）被关闭，并且

其中，在提供所述初始数字温度值的同时，所述电路在所述第一操作模式下操作，并且

只要所述数字delta温度值处于所述预定范围内，所述电路就在所述第二操作模式下工作。

12.根据权利要求9或10所述的电路，

其中，所述第一模数转换器（10）包括一阶或更高阶的sigma-delta模数转换器或流水线算法模数转换器或其组合，并且所述第二模数转换器（20）包括逐次逼近模数转换器或循环模数转换器或其组合。

13.根据权利要求9或10所述的电路，

其中，所述第一模数转换器（10）包括：

运算放大器（11），其具有用于接收所述模拟信号（Sin）的输入端，所述运算放大器（11）被配置用于对所述模拟信号（Sin）进行放大和/或积分，并且据此在其输出端处提供内部模拟信号（Sint），以及

第一比较器（12），其被耦合至所述运算放大器（11）的输出端，所述第一比较器（12）被配置成在其输出端处根据所述内部模拟信号（Sint）提供数字比特流信号（Sb），所述数字比特流信号（Sb）表示所述第一数字信号（Sout1）。

14.根据权利要求11所述的电路，

还包括主比较器（40），其被配置成接收包括所述数字delta温度值的delta温度信号（Sd）和包括上阈值和下阈值的阈值信号（Sth），并且被配置成根据所述delta温度值信号（Sd）与所述阈值信号（Sth）的比较提供控制信号（Sctl），

其中，所述控制信号（Sctl）被提供给所述第一模数转换器（10）和所述第二模数转换器（20），以用于在所述第一操作模式下和所述第二操作模式下分别对其进行控制。

15.根据权利要求9或10所述的电路，

其中，所述计算单元（30）包括

存储器部件（31），其被配置成存储所述数字参考温度值，以及

减法单元（32），其被耦合至所述存储器部件（31）的输出端，并且被配置成从所述连续数字温度值中减去所述数字参考温度值，并且据此提供所述数字delta温度值。

16.根据权利要求11所述的电路，

其中，所述第二模数转换器（20）的输入端适于接收所述第一模数转换器（10）的内部模拟信号（Sint），

其中，所述第二模数转换器（20）包括

电容开关部件（21），其具有多个电容器（Clp、Cln、C2p、C2n、C3p、C3n、C4p、C4n）和多个开关（Sx），

第二比较器（22），其被耦合至所述电容开关部件（21），以及

逻辑部件（23），其被耦合至所述第二比较器（22）的输出端和所述电容开关部件（21），并且

其中，所述逻辑部件（23）被配置成通过使用所述内部模拟信号（Sint）在根据逐次逼近算法的所述第二操作模式期间控制与所述电容器相组合的开关。

17.根据权利要求9或10所述的电路，

还包括

第一缩放部件（14），其被耦合至所述第一模数转换器（10）的输出端，和/或

第二缩放部件（24），其被耦合至所述第二模数转换器（20）的输出端，

其中，所述第一缩放部件（14）被配置成根据包括所述初始数字温度值的第一数字信号（Sout1）的缩放来提供包括缩放数字初始温度值的第一缩放数字信号（St1），并且

其中，所述第二缩放部件（24）被配置成根据包括所述连续数字温度值或附加连续数字温度值的第二数字信号（Sout2）的缩放来提供包括缩放数字初始温度值的第二缩放数字信号（St2）。

18.一种温度传感器，其具有

模拟前端电路（50），其具有至少两个半导体器件（Tl、T2），所述至少两个半导体器件被配置成提供模拟温度相关信号（Stn、Stp），以及

根据权利要求9或10所述的用于温度感测的电路（60），其被耦合至所述模拟前端电路（50），

其中，所述模拟温度相关信号被提供给所述用于温度感测的电路（60）的输入端。

19.一种电器，其具有根据权利要求18所述的温度传感器。