CN116124310A - 具有δ基极-发射极电压放大和数字曲率校正的温度传感器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及具有Δ基极‑发射极电压放大和数字曲率校正的温度传感器。本发明提供了与用于电子设备的温度传感器相关的系统、装置和方法。示例温度传感器装置包括：模拟温度传感器电路，用于产生指示温度的多个电压；模数转换器(ADC)，设置在所述模拟温度传感电路的下游；设置在所述ADC之前的开关电容器放大器电路，所述开关电容器放大电路包括单端放大器，以相对于公共电压放大所述多个电压；第一开关，耦合在所述模拟温度传感器电路和所述开关电容器放大器电路之间以提供采样期间和积分期间；以及数字计算电路，用于基于所述多个放大电压计算温度值。

Description

具有Δ基极-发射极电压放大和数字曲率校正的温度传感器

技术领域

本公开一般涉及电子设备，更具体地，涉及用于电子设备的温度传感器。

背景技术

温度对电子设备有重大影响。例如，温度会影响系统性能和/或部件的预期寿命。准确测量和监测温度可以使电子系统补偿其影响并防止过热问题。

温度传感器可以由半导体器件制成，例如双极结晶体管(BJT)。BJT器件可以包括发射极区、基极区和集电极区。由于BJT器件处的正向偏置基极-发射极结电压(VBE)的已知温度和电流依赖性，BJT设备可适合于温度测量。例如，可以通过在具有已知比率的两个不同偏置电流下减去两个VBE电压来从BJT器件获得温度测量。两个VBE之间的差异与BJT器件的绝对温度(PTAT)成比例。基极-发射极电压差也可以称为ΔVBE。

附图说明

为了更全面地理解本公开及其特征和优点，结合附图参考以下描述，其中相同的附图标记表示相同的部件，其中：

图1是示出根据本公开的一些实施例的示例性温度传感器电路的示意框图；

图2是根据本公开的一些实施例的温度传感器电路中的控制信号的时序图；

图3A示出了根据本公开的一些实施例的在初始阶段期间温度传感器电路的操作；

图3B示出了根据本公开的一些实施例的在采样阶段期间温度传感器电路的操作；

图3C示出了根据本公开的一些实施例的在积分阶段期间温度传感器电路的操作；

图4是根据本公开的一些实施例的温度传感器电路在各个操作阶段中的信号的时序图；

图5是根据本公开的一些实施例的与温度传感器电路相关联的数字曲率误差和校正的图形表示。

图6是示出根据本公开的一些实施例的用于测量集成电路器件中的温度的示例性方法的流程图；

图7是示出根据本公开的一些实施例的具有集成温度传感器的示例性电子设备的示意框图；和

图8是示出根据本公开的一些实施例的用于校准温度传感器的示例性方法的流程图。

具体实施方式

综述

本公开的系统、方法和设备均具有若干创新实施例，其中没有一个单独负责本文公开的所有期望属性。本说明书中描述的主题的一个或多个实现的细节在下面的描述和附图中阐述。

为了说明本文提出的具有Δ基极-发射极电压放大和数字曲率校正的温度传感器，理解器件如何利用晶体管(例如，双极结晶体管(BJT))来提供温度读数可能是有用的。以下基本信息可以被视为可以适当解释本公开的基础。提供此类信息仅用于解释，因此，不应以任何方式解释为限制本公开及其潜在应用的广泛范围。

如上所述，BJT装置可用于通过在具有已知比率的两个不同偏置电流下减去两个基于正向的基极-发射极结(VBE)电压来测量温度。为此，利用BJT进行温度感测的温度传感器可以将具有已知比率的两个电流(例如，具有由Iu表示的单位电流的第一电流和具有由N×Iu表示N个单位电流的第二电流注入BJT)注入。根据以下关系，可以由BJT处响应于第一注入电流的第一VBE和BJT处响应于第二注入电流的第二VBE之间的电压差(ΔVBE)来估计温度：

其中kB表示玻尔兹曼常数，T表示开尔文温度，q表示电子电荷，并且N表示已知电流比率。

为了获得温度的数字读数，温度传感器装置可以包括模数转换器(ADC)，以将第一VBE(模拟电压)转换为第一数字值并且将第二VBE(模拟电压)转换成第二数字值。随后，可以从第二数字值中减去第一数字值以获得ΔVBE的数字表示，并且可以根据等式(1)估计温度。使用等式(1)从ΔVBE获得的温度与绝对温度(PTAT)成比例，并且可以提供装置温度(例如，当前工作温度)的准确测量。然而，它的PTAT系数很小(例如，约200微伏/摄氏度(μV/degC)，N＝9，其中PTAT系数可取决于log(N))。利用通常可用的以2.5V参考电压操作的12位ADC，最低有效位(LSB)分辨率可以产生高达约5度的温度误差。也就是说，在2.5V电压下工作的12位ADC可以为两个ΔVBE输出相同的数字代码，对应于两个相差小于约5度的不同温度。为了实现1摄氏度的精度，可以使用非常精确或高分辨率的ADC，例如16位ADC或∑-ΔADC，但是这种ADC可昂贵或缓慢，并且可不是可接受的解决方案。

否定ADC的分辨率限制的一种方法是预放大感兴趣的信号(VBE信号)。虽然在模数转换之前放大VBE(例如，第一VBE和第二VBE)可以提高ΔVBE的数字表示的精度，但是ADC可能没有足够的余量来适应VBE的足够高的模拟放大(例如，10倍)。例如，VBE通常可以在约0.5V至约0.7V之间的范围内，并因此VBE的10倍模拟放大将超过通常约1V至约3V的电源电压轨。

此外，模数转换误差可给温度测量增加额外的误差。例如，ADC的不稳定或时变参考电压(例如在IC电源电压源兼作ADC参考的情况下)会导致温度传感器结果中的偏差，例如大的增益误差。虽然生产后修整可以减轻一些但不是所有这些误差，但生产后修整可能耗时、成本高昂，并且容易老化。因此，在一些方法中，可以使用数字参考方法来抵消变化或未知模拟参考电压的影响，以提供VBE的数字表示，例如，如美国专利号9,389,126中所述，名称为“低成本、高精度温度传感器的方法和装置”。在高水平上，数字参考方法是一种通过数字创建带隙参考ΔVBE+K×VBE(其中K是编程数字)使ADC的温度读数独立于ADC参考电压的技术。也就是说，虽然模拟参考电压可以随时间变化或者可以是未知的(例如，在大约1.5V到大约2.1V之间)，但是数字参考技术可不会受到未知参考电压供应中的误差的影响，并因此供应电压误差可不会成为温度计算中的温度误差。

此外，尽管ΔVBE是PTAT并且VBE与绝对温度(CTAT)互补，但通过编程特定的K值，可以使带隙电压ΔVBE+K×VBE在某些选定的温度下保持恒定，但由于VBE的非线性，带隙电压仍可以在一个温度范围内变化(例如，在约-40℃至约125℃之间)。当相对于温度T绘制时，带隙电压的误差或偏差可以是曲线的形式。因此，带隙误差或偏差可被称为VBE(T)曲率。在基于数字参考的温度传感中，来自VBE(T)曲率的误差可是继ADC精度限制误差之后的下一个重要误差因素。

本公开描述了用于提供具有Δ基极-发射极电压(例如ΔVBE)放大和数字曲率校正的高精度温度传感器的机制。在一个实施例中，温度传感器装置可以包括模拟温度传感器电路，以生成指示温度的多个电压(例如，VBE)。模拟温度传感器电路可以包括晶体管(例如，单个BJT)和一个或多个电流源。一个或多个电流源可以产生第一电流量(例如，单位电流I)和第二电流量(如N个电流单位，N×I)。晶体管可以产生响应于第一电流量的第一基极-发射极电压和响应于第二电流量的第二基极-发射极电压。可以基于第一和第二基极-发射极电压之间的电压变化(例如电压增加)来估计器件的温度。如本文所用，该晶体管可被称为温度传感晶体管。温度传感器装置还可以包括设置在模拟温度传感器电路下游的ADC，以提供基极-发射极电压的数字读出。

根据本公开的一些实施例，为了在模数转换之前提供VBE的放大，温度传感器装置可以进一步包括设置在ADC之前(例如，ADC的上游)的开关电容器放大器电路。例如，开关电容器放大器电路可以包括单端放大器、第一电容器和第二电容器。第一电容器可以耦合到单端放大器的第一输入(例如反相输入)。第一输入可以从模拟温度传感器电路接收第一和第二基极-发射极电压(根据定义的序列)。例如，第一输入可以接收第一基极-发射极电压，然后接收第二基极-发射极电压，或者反之亦然。第二电容器可以耦合在单端放大器的第一输入和输出之间。第一电容器可以具有比第二电容器更大的电容，以向输入信号(例如，第一和第二基极-发射极电压)提供放大。为了避免由于有限的ADC或电源余量而直接放大VBE，VBE放大可以相对于公共传感器参考电压(Vbias)进行，或者简单地称为公共电压，例如，通过在单端放大器的第二输入端(例如，非反相输入端)提供公共传感器参考，并根据所述ADC的期望的或合适的净空来设置所述公共传感器参考电压。这允许放大器在最佳点(sweet spot)工作，为ΔVBE提供足够的放大而不超过ADC余量。在一个实施例中，开关电容器放大器电路可以被配置为提供与模拟温度传感器电路中的电流源的数量相等的放大增益，以避免运行时温度计算中的除法运算，这将在下面更全面地讨论。在一个实施例中，为了为放大器提供公共传感器参考电压，温度传感器装置可以进一步包括偏置电路，该偏置电路包括另一晶体管(例如，第二BJT)和另一电流源，以向另一晶体管提供第三电流量(例如，L个电流单位，其中L可以大于N)。另一晶体管可产生第三基极-发射极电压，其可用作单端放大器的公共传感器参考电压。如本文所用，该另一晶体管可被称为公共传感器参考晶体管。

根据本公开的实施例，为了为放大器操作提供良好的输出余量，温度传感器装置可以从采样阶段开始以采样公共传感器参考电压，然后是积分阶段，在积分阶段期间可以执行温度感测。为了提供采样阶段和积分阶段，温度传感器装置还可以包括耦合在模拟温度传感器电路和开关电容器放大器电路之间的第一开关(例如积分开关)。在一些情况下，第一开关可以耦合在模拟温度传感器电路中的温度传感晶体管的发射极和单端放大器的第一输入(例如，反相输入)之间。开关电容器放大器电路还可以包括两个同相采样开关，例如，耦合在单端放大器的第一输入和输出之间的第二开关和耦合在第一电容器和单端放大器第二输入(例如，接收公共传感器参考电压的非反相输入)之间的第三开关。

如上所述，数字带隙参考可用于将ADC基准电压依赖性与数字读出(例如，第一数字值和第二数字值)解耦。为了利用数字带隙参考，可以将数字带隙参考的除法应用于数字读出。数字电路的划分可能代价高昂。根据本公开的实施例，可以在生产后校准期间确定和校准数字带隙参考，并且可以将与数字带隙参考的倒数相关联的缩放因子存储在装置的存储器中，从而可以在运行时执行乘法而不是除法。此外，如上述等式(1)所示，用于将ΔVBE转换为温度的其他因子可以与数字带隙参考的倒数相结合，以提供用于乘法的单个值。这避免了结合数字参考方法时的任何额外开销。因此，可以减少运行时温度计算的复杂性，并因此可以减少面积(例如，管芯面积)和功耗。此外，如上所述，由于VBE电压非线性，存在与数字带隙参考相关联的VBE(T)曲率误差。VBE(T)曲率误差可首先转换为等效温度误差，如图5所示。为克服此误差，可通过模拟确定温度相关的校正值，并在运行时对设备进行编程或硬编码，以进行温度转换补偿。

本文描述的系统、方案和机制可以有利地提供ΔVBE的放大(例如，具有约9或以上的增益)，而不直接放大VBE以克服ADC余量限制。这可以允许温度传感器装置利用低分辨率(例如，10位或更少)、低性能和/或低功率ADC，并且仍然实现数字温度读出的高精度(例如，具有大约1度的精度)。此外，利用晶体管(例如，类似于温度传感晶体管)为开关电容器放大器电路生成公共传感器参考电压可以有利地跟踪温度感测电路随温度变化的变化，并允许ΔVBE放大的一致余量。此外，在后期制作期间确定数字带隙参考并存储数字带隙参考的逆值可以消除运行时的除法运算，从而节省功率和面积。此外，存储或硬编码数字温度相关校正值(例如，用于数字域中的曲率校正)可以允许更精确的温度测量，而无需额外的模拟电路，再次节省功率和面积。本公开适用于任何设备、系统和/或应用，例如便携式设备、无线无线电收发器和系统、电池管理系统、汽车、工业自动化、仪表和测量、能源应用，用于温度监测。

具有ΔVBE放大的示例温度传感器

图1是示出根据本公开的一些实施例的示例性温度传感器电路100的示意框图。在一些实施例中，温度传感器电路100可以在独立的温度传感器内。在其他实施例中，温度传感器电路100可以是集成电路装置或片上系统(SoC)器件的一部分。例如，温度传感器电路100可以是片上温度传感器。如图1所示，温度传感器电路100可以包括模拟温度传感器电路110、偏置电路120、开关电容器放大器电路130、多路复用器(MUX)140、ADC 150和积分开关160。

在高电平，模拟温度传感器电路110可以提供指示温度(例如，温度传感器电路100或温度传感器电路100所在的装置的当前工作温度)的多个电压。例如，模拟温度传感器电路110可以包括一个或多个电流源112、一个或更多个开关114和晶体管116(示为QP1)。晶体管116可以是包括基极(由B示出)、发射极(由E示出)和集电极(由C示出)的BJT。更具体地说，晶体管116的基极和集电极可以连接到地电位，并且晶体管116的发射极可以通过开关114耦合到电流源112。在示出的示例中，模拟温度传感器电路110包括分别产生由Iu表示的单位电流的九个电流源112和示出为S1至S9的九个相应开关114。电流源112和开关114可以选择性地向晶体管116提供具有已知比率的第一电流量和第二电流量，从而使晶体管116响应于第一电流量产生第一基极-发射极电压，并响应于第二电流量产生第二基极-发射极电压。晶体管116两端的基极-发射极电压的变化可用于根据以上等式(1)所示的关系进行温度计算。已知的比率可以是N。例如，可以匹配电流源112，其中每个电流源112可以提供单位电流Iu。在一个示例中，第一电流量可以对应于由一个电流源112提供的单位电流Iu(相关联的开关114被启用)，并且第二电流量可以是由N个电流源112提供的N个单位电流N×Iu(相关联的开关114被启用)。

开关电容器放大器电路130可以通过积分开关160耦合到模拟温度传感器电路110。积分开关160可以由积分信号(例如，图2的积分信号220)控制，这将在下面更全面地讨论。开关电容器放大器电路130可以相对于公共传感器参考电压放大输入信号(例如，当积分开关160闭合时由模拟温度传感器电路输出的基极-发射极电压)，而不是直接放大基极-发射极电压以避免上述ADC余量问题。如图所示，开关电容器放大器电路130设置在ADC的上游，并且可以包括单端放大器136、第一电容器132(示为Ci)和第二电容器134(示出为Cf)。第一电容器132可以耦合在积分开关160和单端放大器136的反相输入(由符号“-”表示)之间。第二电容器134可以耦合在单端放大器136的第一输入和输出之间。第一电容器132可以具有比第二电容器134大的电容以提供信号放大。例如，第一电容器132和第二电容器134之间的电容比对应于放大增益。在一些情况下，第一电容器132和第二电容器134之间的电容比可以被选择为与电流比N相同，以允许更有效地计算温度，这将在下面更充分地讨论。可以在单端放大器136的非反相输入端(由符号“+”表示)提供公共传感器参考电压(显示为Vbias)。这样，开关电容器放大器电路130可以通过由第一电容器132和第二电容器134之间的电容比确定的增益来放大输入信号和公共传感器参考电压Vbias之间的差。这样，公共传感器参考电压Vbias可以根据ADC 150的期望的或合适的净空来设置，以便为来自温度传感晶体管116的ΔVBE提供足够的放大量，而不超过ADC 150的余量。

如图1进一步所示，开关电容器放大器电路130可以包括两个同相采样开关138a和138b，其中开关138a耦合在单端放大器136的反相输入和输出之间，并且开关138b耦合在第一电容器132的端子或极板与单端放大器136的非反相输入之间。采样开关138a和138b可以由采样信号(例如，图2的采样信号210)控制，这将在下面更全面地讨论。采样开关138a和138b可以与积分开关160一起操作，以提供用于温度传感器电路100的操作的采样阶段和积分阶段，如下面将参考图2、3A-3C和4更全面地讨论的。

偏置电路120可以生成开关电容器放大器电路130的公共传感器参考电压Vbias。开关电容器放大器电路130的公共传感器参考电压Vbias可以以多种方式生成，例如，使用晶体管和/或电阻器。然而，可希望利用具有与模拟温度传感器电路110中的温度传感晶体管116类似的传导特性和随温度变化的器件来产生公共传感器参考电压。在图1所示的示例中，偏置电路120利用晶体管126(参考晶体管QP2)来提供公共传感器参考电压。在一些情况下，参考晶体管126可以与温度传感晶体管116具有相同的器件模型，从而当温度变化时，参考晶体管126可以跟踪温度传感晶体管116中的变化。为了提供公共传感器参考电压Vbias(恒定电压)，偏置电路120可以包括电流源122，以将第三电流量(例如，L个电流单位，L×Iu)注入晶体管126的发射极。晶体管126的基极和集电极可以连接到地电位。晶体管126可以响应于第三电流量产生第三基极-发射极电压，其中第三基基极-发射极电压可以用作公共传感器参考电压Vbias，如晶体管126的发射极耦合到单端放大器136的非反相输入所示。在一些情况下，L可以大于N。例如，基于ADC处的期望净空，L可以是16。

MUX 140可以包括耦合到单端放大器136的输出和温度传感晶体管116的发射极的输入。MUX 140可以选择性地将温度传感晶体管116的VBE或单端放大器136的输出耦合到ADC以用于数字读出。复用可以基于选择信号，该选择信号可以被称为Δ信号(例如，图2的Δ信号230)。例如，MUX 140可以将温度传感晶体管116的VBE耦合到ADC 150，用于对具有逻辑低(示为0)的Δ信号进行数字转换，并且可以将单端放大器136的输出耦合到ADC150，用于对逻辑高(示为1)的Δ信号进行数字转换，或反之亦然。

ADC 150可以根据参考电压(如VREF所示)执行模数转换。例如，如果VREF是2.5V并且ADC 150具有12位的分辨率，则ADC 150可以为LSB提供2.5V/4096的分辨率。ADC 150可以是任何合适类型的ADC，例如逐次逼近(SAR)ADC、流水线ADC或∑-ΔADC。ADC 150可以具有任何合适的精度或分辨率。通过添加在温度传感器电路100中提供ΔVBE放大的开关电容器放大器电路130，模拟温度传感器电路100可以为ADC 150使用较低性能、低分辨率和/或较低功率的ADC，并且仍然可以提供具有比使用没有ΔVBE放大的较高性能和/或较高分辨率的ADC更高精度的数字ΔVBC。在一些情况下，温度传感器电路100可以使用10位ADC作为ADC150，并且可以提供例如精度为1摄氏度的温度读数。

在一些实施例中，温度传感器电路100还可以包括其他组件和/或电路，例如累积器170和/或处理电路180，以基于放大的VBE的数字值来计算温度传感器电路系统100的当前工作温度的估计值，这将在下面更全面地讨论。处理电路180可以包括用于数字域中的计算(例如，逻辑和/或算术运算)的硬件逻辑和门。

具有ΔVBE放大的温度传感器的操作阶段示例

参考图1讨论了图2、3A-3C和4，以说明温度传感器电路100的操作。为了讨论的简单，下面讨论的温度传感器电路100的操作对于N设置为9。然而，如温度传感器电路100所支持的，N可以按比例放大或缩小到任何合适的值(例如，2、3、4、5、6、7、8、10、11、12或更多)。图2是根据本公开的一些实施例的温度传感器电路100中的控制信号和操作阶段的时序图。在图2中，x轴可以以一些任意单位表示时间。图3A-3C示出了根据本公开的一些实施例的温度传感器电路100中的操作流程300。图3A示出了根据本公开的一些实施例的在初始阶段202期间温度传感器电路100的操作。图3B示出了根据本公开的一些实施例的在采样阶段204期间温度传感器电路100的操作。图3C示出了根据本公开的一些实施例的在积分阶段208期间温度传感器电路100的操作。图3A-3C中粗黑线表示闭合或选定的电路路径。图4是根据本公开的一些实施例的在各个操作阶段(例如，阶段202、204、206和/或208)温度传感器电路100中的信号的时序图。

参考图2，温度传感器电路100的操作可以包括初始阶段202(从时间T0到T1)、采样阶段204(从时刻T1到T2)、过渡阶段206(从T2到T3)和积分208(从T3开始)。阶段202、204、206和208可以由操作图1的采样开关138a和138b的采样信号210、操作图1中的积分开关160的积分信号220和操作图1所示的MUX 140的Δ信号230来控制。采样信号210可以控制(例如打开/关闭)图1的采样开关138a和138b。积分信号220可以控制(例如打开/闭合)积分开关160。Δ信号230可以控制MUX 140处的多路复用。

图3A示出了初始阶段202期间的操作。如图3A所示，基于积分信号220和采样信号210为逻辑低(如图2所示)，积分开关160和采样开关138a和138b断开。在初始阶段202期间，每个电流源112可以逐个向温度传感晶体管116提供第一电流量Iu，以引起晶体管116两端的第一基极-发射极电压。更具体地，每个开关114可以以扫描方式一次一个地顺序地被启用(闭合)。例如，在第一时刻，开关114S1可以闭合以提供单位电流Iu，并且对应的第一基极-发射极电压可以经由MUX 140(基于Δ信号230为低而旁路开关电容器放大器电路130)发送到ADC 150，以进行数字读出(例如，由CVBE₁(1)表示)，如图3A所示。接下来，在第二时刻，开关114S2可以闭合以提供单位电流Iu，并且相应的第一基极-发射极电压可以经由MUX140发送到ADC 150以进行数字读出(例如，由CVBE₁(2)表示)。接下来，在第三时刻，开关114S3可以闭合以提供单位电流Iu，并且相应的第一基极-发射极电压可以经由MUX 140发送到ADC 150以进行数字读出(例如，由CVBE₁(3)表示)，等等。这可以继续，直到所有九个电流源112都被启用一次以向晶体管116提供第一电流量Iu。每个数字读出CVBE₁(i)可以被发送到累积器170以进行累积。为了简化说明，在图3A中仅示出了开关114S1的激活(闭合)，并且未示出跨其他开关114S2至S9的扫描。通常，开关114可以以任何顺序被启用。

温度传感器电路100可以在累积器170中累积九个数字值，每个数字值对应于响应于单位电流Iu的晶体管116的基极-发射极电压的数字表示。累积值CVBE可表示如下：

在一些实施例中，电流源112可以是匹配的电流源。然而，由于工艺中的缺陷，电流源112可以变化。利用每个电流源112来产生单位电流Iu，并累积从1到9变化的CVBE₁(i)，可以平均出电流源112之间的差异。这个过程可以称为动态元件匹配。在一些实施例中，在开关电容器放大器电路130被旁路的情况下获得的CVBE₁(i)可用于数字带隙参考计算，这将在下面更全面地讨论。在一些情况下，可以省略初始阶段202。

在一些实施例中，如图3A所示，偏置电路120可以在整个初始阶段202中是有源的。然而，在其他实施例中，偏置电路120可以在初始阶段202之后被激活。

返回图2，在初始阶段202之后，采样信号210可以提供采样脉冲以开始采样阶段204。图3B示出了采样阶段204期间的操作。如图3B所示，基于积分信号220为逻辑低，积分开关160保持断开，并且基于采样信号210提供的采样脉冲(逻辑高)，采样开关138a和138b闭合。采样脉冲重置积分器(例如，放大器136、电容器132和134布置)，并将积分器输出(例如放大器136输出)短路至在单端放大器136的非反相输入端处的公共传感器参考电压Vbias(由偏置电路120的参考晶体管126产生)。因此，采样阶段204提供公共传感器参考信号Vbias的采样。此外，由于delta信号230保持逻辑低，所以放大器136的输出不被MUX 140发送到ADC 150。

返回图2，在采样阶段204之后，采样脉冲被释放(采样信号210返回到逻辑低)，并且积分信号220可以保持低电平以提供转换阶段206。在过渡阶段206期间(即当积分开关160和采样开关138a和138b断开时)，在单端放大器136的输出处可存在干扰，例如，由于电容器132和134处的电荷注入。作为示例，单端放大器136的输出可以稳定在电压Vbias+Ve，其中Ve可以包括由于电荷注入和/或开关电容器放大器电路130的固有偏移引起的误差，如下面将参考图4更全面地讨论的。该过渡阶段204允许开关电容器放大器电路130中的任何干扰(由于采样开关138a和138b的断开)在随后的积分阶段208中的温度感测之前稳定下来。如下文进一步所示，Vbias+Ve(基线)的绝对电压电平可能并不重要，因为用于温度计算的所有电压测量都基于此后的电压变化。也就是说，随后的计算基于包括电荷注入误差的该基线的变化。此外，采样开关138a和138b可以在剩余的温度感测过程中保持打开，并且一旦积分阶段208开始，积分开关160将保持闭合。也就是说，一旦积分阶段208开始，就不再有开关断开/闭合。因此，在积分阶段208期间不存在电荷注入误差或偏移变化。因此，不需要特定或附加电路来校正开关电容器放大器电路130中的误差和/或偏移。

在过渡阶段206之后，积分信号220被切换到逻辑高电平，并且delta信号230被切换到高电平以开始积分阶段208。采样信号210可以保持低电平以提供积分阶段208。图3C示出了积分阶段208的操作。如图3C所示，积分开关160基于积分信号220为逻辑高而闭合，并且采样开关138a和138b保持断开。

在积分阶段208期间，可以执行温度感测。例如，模拟温度传感器电路110中的每个电流源112可以逐个接通(通过相应的开关114)以向温度传感晶体管116提供相应的第一电流量(例如，单位电流I)。晶体管116可以响应于从经由开关114S(i)耦合的电流源112接收的每个第一电流量而产生由VBE₁(i)表示的相应的第一基极-发射极电压，其中i可以从1变化到9。由于积分开关160闭合，开关电容器放大器电路130可以在放大器136的反相输入端接收每个第一基极-发射极电压VBE₁(i)，并相对于公共传感器参考电压Vbias放大每个第一基极-发射极电压VBE₁(i)。放大器136的输出处的放大的第一基极-发射极电压(相对于Vbias放大)可以表示为：

Vout1(i)＝Vbias+Ve+9×(Vbias-VBE₁(i))，    (3)

其中Vout1(i)表示响应于单个第i电流源112导通而放大的第一基极-发射极电压，并且术语Vbias+Ve可以是在积分阶段208开始时放大器136的输出处的初始电压。开关电容器放大器电路130可以放大公共传感器参考电压Vbias和每个第一基极-发射极电压VBE₁(i)之间的差。放大增益可以基于电容器132和134之间的电容比(其可以设置为9以匹配N来简化随后的温度计算)。术语9×(Vbias-VBE₁(i))对应于相对于公共传感器参考电压Vbias的VBE₁(i)的放大。由于delta信号230为逻辑高，MUX140可将Vout1(i)发送到ADC 150以进行模数转换。ADC 150可以为每个Voutl(i)输出第一数字值，其可以由CVBE₁′(i)表示。9个读数(第一数字值)可以在温度传感器电路100的累积器170处累积。累积值(例如第三数字值)可由

表示或简单地表示为CVBE_acc，其是

的数字表示。

接下来，可以同时接通所有9个电流源112(例如，闭合所有开关114S1至S9)以向温度传感晶体管116提供第二电流量(9×Iu)，并且晶体管116可以产生第二基极-发射极电压，其可以被称为VBE₉。开关电容器放大器电路130可以在放大器136的反相输入端接收第二基极-发射极电压VBE₉，并相对于公共传感器参考电压Vbias放大第二基基极-发射极极电压VBE₉。放大器136的输出处的放大的第二基极-发射极电压(相对于Vbias放大)可以由下式表示：

Vout2＝Vbias+Ve+9×(Vbias-VBE₉)，    (4)

其中Vout2表示响应于所有9个电流源112导通而放大的第二基极-发射极电压，并且术语Vbias+Ve可以是在积分阶段208开始时放大器136的输出处的初始电压。以与VBE₁(i)的放大类似的方式，开关电容器放大器电路130可以放大公共传感器参考电压Vbias和第二基极-发射极电压VBE₉(如术语9×(Vbias-VBE₉)所示)之间的差。MUX 140可以向ADC150发送Vout2以进行模数转换。ADC 150可以输出第二数字值，其可以由CVBE₉′表示。

温度传感器电路100可以利用处理电路180通过从第二数字值CVBE₉′减去第三数字值CVBE_acc来数字计算放大的ΔVBE，并且可以随后计算温度传感器电路100的当前工作温度的测量值。如可以从上面的等式(3)和(4)中观察到的，减法消除了术语Vbias+Ve，提供如下所示的放大ΔVBE：

如可以进一步观察到的，因为开关电容器放大器电路130的放大增益是9，并且第一电流量和第二电流量之间的电流比也是9，所以可以在使CVBE_acc不除以9(例如

)的情况下获得放大的ΔVBE。换句话说，通过将放大增益设置为与电流比(例如N)相同，可以简化算术计算。然而，通常，放大增益和电流比可以是任何合适的值。此外，在一些实施例中，可以通过扫描8个电流源112来近似

以获得

如上所述，由参考晶体管216产生的公共传感器参考电压Vbias的作用是将放大器136的输出保持在ADC 150的余量内，并且以允许放大VBE而不使放大器136输出高于电压轨(例如，ADC 150中的VREF)的方式。在一个示例中，提供L为16的第三电流量(L×Iu)的电流源212。也就是说，公共传感器参考电压Vbias可以对应于具有16个电流单位的晶体管216的基极-发射极电压。这样，电压Vbias-VBE₁(i)(由开关电容器放大器电路130放大)可以近似等于(kB×T/q)×ln(16)，并且电压Vbias-VBE₉(由开关电容器放大器电路130放大)可以近似等于(kB×T/q)×ln(4/3)。

虽然按照逐个调谐每个电流源112以在温度传感晶体管116处获得相应的第一基极-发射极电压，然后接通所有9个电流源112，以在温度传感晶体管116上获得第二基极-发射极电压的顺序描述了积分阶段208中的操作，但各方面不限于此。例如，通过接通所有9个电流源112以获得第二基极-发射极电压，然后逐个接通每个电流源112，以获得相应的第一基极-发射极电压，可以颠倒顺序。通常，电流源112可以以任何合适的顺序接通。

图4是根据本公开的一些实施例的温度传感器电路100中的示例性电压信号和控制信号的时序图。在图4中，曲线410示出了在时间上以V为单位输出到ADC 150的电压。曲线420示出了开关电容器放大器电路130的输出端的电压，单位为V。曲线430示出了温度传感晶体管116的基极-发射极电压VBE，单位为mV。曲线440示出了在时间上以mV为单位的公共传感器参考电压Vbias。所示的电压可以在特定温度(例如，大约125摄氏度)下获得。图4中重复了图2的delta信号230、积分信号220和采样信号210，以说明不同操作阶段202、204、206和208上的不同电压信号。

在初始阶段202期间，晶体管116的基极-发射极电压可以是大约0.539V(由432示出)，例如，对应于晶体管116在没有任何放大的情况下的VBE₁(i)到VBE₉(i)。412示出了要输出到ADC 150的相同电压。

在采样阶段204期间，开关电容器放大器电路130的输出处的电压可以是大约0.64V(由422示出)，响应于16×Iu，对应于参考晶体管216的基极-发射极电压。也就是说，公共传感器参考电压Vbias约为640mV(由442表示)，其在整个阶段202、204、206和208中是恒定的。

在过渡阶段206期间，由于如上所述的开关电容器放大器电路130中的电荷注入和/或固有偏移，开关电容器放大器电路130的输出处的电压可能从0.64V(由424示出)略微增加。例如，开关电容器放大器电路130的输出可以对应于Vbias+Ve。

在积分阶段208期间，例如，当电流源112逐个接通时，开关电容器放大器电路130的输出处的电压可以增加到约1.56V(由426示出)。也就是说，增加的电压402可以对应于9×(Vbias–VBE₁(i))，其中i从1变化到9。相同的电压1.56V可以被发送到ADC 150以进行数字读出，如414所示。稍后，例如，当所有9个电流源112都导通时，开关电容器放大器电路130的输出处的电压可下降到约0.86V(如428所示)。即，降低的电压404可以对应于9×(Vbias–VBE₉)-9×(Vbias–VBE₁(i))，其是9X放大的ΔVBE(如上述等式(5)所示)。开关电容器放大器电路130的输出(例如，0.86V)可以被发送到ADC 150以进行数字读出，如416所示。没有放大的ΔVBE由434所示。可以看出，没有放大的△VBE约为0.078V(由434表示)，并且放大的ΔVBE约为0.709V(由404表示)。也就是说，ΔVBE被放大约9倍。

示例数字带隙参考和数字曲率校正

如上所述，可能需要将ADC参考电压VREF与数字读数(例如，第一数字值CVBE₁′和第二数字值CVBE₉′)解耦，因为VREF的变化会提供影响温度测量的不准确数字读数。在一个实施例中，可以使用数字带隙参考来代替ADC基准电压VREF。带隙电压可以用VBE₁+K×ΔVBE表示。由于VBE是CTAT，并且ΔVBE是PTAT，因此可以找到适当的K值，以使带隙电压在温度范围内保持恒定，因此可以用作绝对模拟VREF的参考。例如，放大的ΔVBE相对于任意模拟VREF的数字表示D1可以如下所示：

其中R是ADC 150提供的位数，并且基于数字带隙电压的数字带隙参考DREF可以表示如下：

可以基于等式(6)和等式(7)以DREF表示值D1，以消除对模拟参考项VREF的依赖性。此外，ΔVBE的温度可根据放大的ΔVBE数字带隙参考计算，如下所示：

其中M可以是包括玻尔兹曼常数kB、电子电荷q和用于温度计算的方程(1)的项ln(N)的值，并且偏移可以是特定于设备且独立于温度的修整值。

在一个实施例中，可以执行生产后校准程序，以找到值K，该值K例如在装置支持的工作温度范围的两端温度下提供具有温度带隙参考的常数VBE₁+K×ΔVBE。在一个实施例中，末端温度可以为-40℃和125℃。随后，可以计算等式(8)的分母，并且可以将分母的倒数存储在温度传感器电路100装置的存储器(例如，非易失性存储器(NVM)或可以在运行时读取的寄存器)中。因此，在运行期间，可以执行与存储的校准值(包括数字带隙参考的倒数)的乘法，而不是执行除法(在功率和面积方面可能是昂贵的)。生产后校准程序还可以确定设备的偏移值，并且温度偏移值可以存储在存储器中。在一些实施例中，生产后校准程序还可以校准值M，该值可以随零件而变化。下面参考图8更全面地讨论示例性校准过程。

在一个实施例中，由于带隙电压非线性，数字带隙参考VBE₁+K×ΔVBE可以在-40℃至125℃的温度范围内变化。图5是根据本公开的一些实施例的与诸如温度传感器电路100之类的温度传感器电路相关联的数字曲率误差和校正的图形表示500。在图5中，顶部曲线510示出了作为温度函数的以摄氏度为单位的VBE到温度转换误差中的误差。从曲线510可以看出，在温度转换中存在大约2度的误差。该误差可是由于晶体管的VBE可能不随温度线性变化。底部曲线520示出了作为温度函数的BJT(例如晶体管116和/或晶体管126)的基极-发射极电压从-40℃到125℃的变化，单位为mV。

曲线510中所示的误差可以跨部件预测。因此，可以确定温度相关补偿值并将其添加到温度估计中。在一个实施例中，可以将VBE到温度转换误差的补偿划分为多个温度子范围，并且可以根据曲线510为每个子范围确定温度补偿值。例如，补偿值530、532、534、536、538和540可以应用于图5所示的各个温度子范围。在一个示例中，补偿值530、532、534、536、538和540可以分别对应于0、0.25、5、0.75、1.0和1.25。因此，根据公式(8)计算的温度可以根据温度通过从530、532、534、536、538和540中选择的校正值来调节。作为示例，如果根据等式(8)计算出的温度T为20摄氏度，则补偿值536可以加到T上。作为示例，如果根据等式(8)计算的温度T为115℃，则可以不应用补偿，因为包括115℃的子范围的补偿值530为0。因此，温度相关补偿值(例如，530、532、534、536、538和540)可以存储在温度传感器电路100的存储器(例如，NVM)中，或者基于模拟进行硬编码，并且可以在运行时从存储的温度相关补偿数值中选择校正值，以数字方式调整或校正根据等式(8)计算的温度值。因此，可以省略通常用于VBE(T)曲率校正的模拟电路，从而节省功率和管芯面积。此外，数字VBE(T)曲率校正比模拟校正技术具有明显的优势。例如，数字VBE(T)曲率校正可以利用近似温度的知识(例如精确到2摄氏度)进行校正。

图6是示出根据本公开的一些实施例的用于测量集成电路装置中的温度的示例性方法600的流程图。方法600可以由温度测量系统来实现，例如，在诸如温度传感器、微控制器和/或无线无线电收发器芯片的集成电路装置内。尽管可以参考本文公开的温度传感器电路100的特定实施例来说明方法600的操作，但是可以使用任何合适的硬件组件和/或软件组件来执行方法600。在图6中，每个操作以特定的顺序示出一次，但是这些操作可以根据需要并行执行、重新排序和/或重复。

在602处，在第一阶段期间，对开关电容器放大器电路的公共传感器参考电压进行采样。例如，温度测量系统类似于温度传感器电路100。第一阶段可以对应于上面参考图2、图3B和图4讨论的采样阶段204。开关电容器放大器电路可以对应于开关电容器放大器电路130。公共传感器电压可以对应于单端放大器136的非反相输入端处的Vbias。采样开关138a和138b可以闭合以实现公共传感器电压的采样。

在第二阶段期间，方法600可以执行604、606、608和610的操作。在一些情况下，第二阶段可以对应于上面参考图2、图3C和图4讨论的积分阶段208。

在604处，将第一电流量注入晶体管以在晶体管处产生第一基极-发射极电压。晶体管可以是温度测量系统的模拟温度传感器电路的一部分，并且第一电流量可以由模拟温度传感器回路中的电流源产生。在一些情况下，晶体管可以对应于模拟温度传感器电路110中的温度传感晶体管116。第一电流量可以对应于单位电流Iu，并且可以由模拟温度传感器线路110的电流源112产生。

在606处，将第二电流量注入晶体管以在晶体管处产生第二基极-发射极电压。在一些情况下，第二电流量可以对应于N个单位电流N×Iu，并且可以由温度测量系统的模拟温度传感器电路中的N个电流源产生。

在608处，开关电容器放大器电路相对于公共传感器参考电压放大第一基极-发射极电压和第二基极-发射极电压。

在610，至少部分地基于放大的第一基极-发射极电压和放大的第二基极-发射极电压来确定温度值。

在一些实施例中，方法600可进一步包括将第三电流量注入另一晶体管以在另一晶体管处产生第三基极-发射极电压。另一个晶体管可以耦合到开关电容器放大器电路中的单端放大器的输入。第三电流量可以对应于由偏置电路的电流源122产生的L单位电流L×Iu。602处的公共传感器参考电压可以对应于第三基极-发射极电压。在一些情况下，晶体管可以是温度测量系统的偏置电路的一部分。在一些情况下，另一晶体管可以对应于偏置电路120中的参考晶体管126。第三电流量可以对应于由偏置电路120的电流源122产生的L单位电流L×Iu。

在一些实施例中，作为在604处向晶体管注入第一电流量的一部分，可以向晶体管注入N个第一电流量实例，以针对每个实例在晶体管处产生相应的第一基极-发射极电压，其中N是大于1的整数，并且第二电流量可以是第一电流量N倍。此外，作为在608处放大第一基极-发射极电压和第二基极-发射极电压的一部分，可以通过开关电容器放大器电路相对于公共传感器参考电压放大每个第一基极-发射极电压。在一些进一步的实施例中，作为在604处向晶体管注入第一电流量的一部分，第一电流量N个实例中的每一个可以由多个电流源中的不同一个产生，例如，通过逐个接通多个电流来源中的每个以在晶体管处产生相应的第一基极-发射极电压。此外，作为在606处向晶体管注入第二电流量的一部分，第二电流量可由所有多个电流源产生，例如，通过同时转动所有多个电源。

在一些实施例中，作为在610确定温度值的一部分，每个第一基极-发射极电压可以经由ADC转换为相应的第一数字值，并且第二基极-发射极电压可以通过ADC转换成第二数字值。ADC可以是温度传感器系统的一部分。在一些情况下，ADC可以对应于ADC 150。此外，可以在温度测量系统的累积器(例如累积器170)处累积第一数字值以生成第三数字值。此外，可以从第二数字值减去第三数字值以生成指示放大的基极-发射极差电压差的第四数字值。可以将第四数字值乘以与数字带隙参考的至少一个倒数相关联的预定缩放因子，以产生第五数字值。在一些情况下，第三数字值和第四数字值的计算可以由温度测量系统的处理电路(例如，处理电路180)执行。在一些情况下，数字带隙参考可以对应于等式(8)的分母。在一些情况下，预定缩放因子还可以包括等式(8)的分子中的M值。在一些实施例中，与数字带隙参考的至少倒数相关联的预定缩放因子可以是在生产后校准过程中获得的校准值，并存储在存储器温度测量系统中，如下面参考图8所讨论的。因此，方法600还可以包括从存储器读取与数字带隙参考的至少一个逆相关联的预定缩放因子。在一些实施例中，方法600还可以包括通过上文参考图5所讨论的温度相关数字补偿值(例如，与VBE(T)曲率相关联)来调整温度值。温度相关数字补偿值可以对应于上文参考图5讨论的补偿值530、532、534、536、538或540中的一个。在一些实施例中，方法600可以进一步包括从多个温度相关数字补偿值中选择预定的温度相关数字赔偿值。多个温度相关数字补偿值可以存储在温度测量系统的存储器中。

示例电子设备，包括具有ΔVBE放大和数字曲率校正的温度传感器电路

图7是示出根据本公开的一些实施例的具有集成温度传感器的示例性电子设备700的示意框图。电子设备700可以包括温度传感器710、处理器720、其他传感器730、输出设备740、输入设备750和时钟760，以为设备700组件提供定时信号。在一些实施例中，设备700可以位于汽车中(例如，自动驾驶汽车的电池或电源管理系统中)。在一些实施例中，设备700可以是电池管理系统的一部分。在一些实施例中，设备700可以是无线收发器系统的一部分。一般而言，设备700可适用于各种应用，例如汽车、工业自动化、信号监测、仪表和测量应用等。

温度传感器710可以根据本文描述的各种实施例提供，并且可以根据本文公开的各种实施方式生成数字温度代码。在一个实施例中，温度传感器710可以包括类似于图1的温度传感器电路100的温度传感器线路。处理器720可以是微处理器、微控制器、状态机等。处理器720可以从温度传感器710接收计算的数字温度代码，并且可以根据温度代码调整设备700的操作。

在一个实施例中，设备700可以基于测量的温度调整其他传感器读数(例如，来自传感器730)。例如，传感器730可以包括位置传感器，并且位置传感器部件可能容易受到与温度变化相关联的变化的影响。处理器720可以基于由温度传感器710提供的温度测量值来调整传感器730的读数，并因此提高传感器730读数的准确性。

在一个实施例中，设备700可以基于测量的温度来调整输出设备的操作。例如，输出设备740可以包括冷却剂设备，例如基于环境温度运行的风扇。处理器720可以基于由温度传感器710提供的温度测量来控制输出设备740的操作，并且因此可以改进输出设备740的操作。在一个实施例中，设备700可以基于测量的温度调整输入设备输入。例如，输入设备750可以包括触摸屏界面，并且界面的灵敏度可能容易受到温度变化相关误差的影响。处理器720可以基于由温度传感器710提供的温度测量来调整输入设备750，并因此改进输入设备750的操作。

通常，处理器720可以被配置为从温度传感器710接收设备700的当前操作温度的指示，并调整设备700的组件(例如，传感器730、输出设备740、输入设备750)的操作。在一些实施例中，处理器720可以使特定组件(例如，与感测、无线通信、信号监测、电池监测、工业自动化、测试、仪表、测量等相关联的组件)在不同的功率状态下操作、使特定组件断电、降低特定组件的操作频率、，或暂停特定组件的某些操作。如上所述，在一个示例中，设备700可以是机动车辆(例如，电动车辆)中的电池管理系统的一部分，并且处理器720可以在检测到电池过热时使车辆中的一个或多个部件关闭。在另一示例中，设备700可以是集成电路的一部分，并且处理器729可以在检测到IC的温度高于某个阈值时导致热关机。

温度传感器校准示例

图8是示出根据本公开的一些实施例的用于校准温度传感器的示例性方法800的流程图。方法800可以由后期生产测试台来实现，以校准包括具有发射极、基极和集电极的温度传感晶体管的温度传感器。在一些实施例中，温度传感器可以与温度传感器电路100相对应，并且温度传感晶体管可以与温度传感电路100的模拟温度传感器电路110中的晶体管116相对应。尽管可以参考本文公开的温度传感器电路100的特定实施例来说明方法800的操作，但是可以使用任何合适的硬件组件和/或软件组件来执行方法800。在图8中，每个操作以特定的顺序示出一次，但是这些操作可以根据需要并行执行、重新排序和/或重复。

在802，在第一温度和第二温度中的每一个下，将第一电流量(例如，单位电流Iu)和第二电流量(如，N个电流单位，N×Iu)注入晶体管(例如，温度传感晶体管116)的发射极。例如，第一温度或第二温度中的一个可以对应于温度传感器所支持的工作温度范围内的最低温度(例如，约-40摄氏度)，并且第一温度或第二温度中的另一个可以对应于温度传感器所支持的工作温度范围内的最高温度(例如约125摄氏度)。在一些实施例中，生产测试台可以包括控制电路，以引起第一电流量和第二电流量的注入。例如，温度传感器可以包括类似于电流源112的电流源和类似于开关114的开关，其可以选择性地提供第一和第二电流量，并且测试台可以包括控制电路，以控制开关向晶体管提供第一和二电流量。

接下来，可以对多个候选K值中的每个K候选值执行804和806的操作。

在804，基于在第一温度下注入的相应第一和第二电流量以及相应K值，获得表示第一带隙电压的第一数字代码。在一些实施例中，第一带隙电压基于相应K值与第一温度下晶体管两端的第一基极-发射极电压和第二基极-发射极电压之间的差与乘积与第一基极-发射极电压之和的乘积，例如，如以上等式(8)的分母所示。第一基极-发射极电压响应于第一温度下的第一电流量。第二基极-发射极电压响应于第一温度下的第二电流量。

在806处，基于在第二温度下注入的相应的第一和第二电流量以及相应的K值，获得表示第二带隙电压的第二数字代码值。在一些实施例中，第二带隙电压基于相应K值与在第二温度下晶体管两端的第一基极-发射极电压和第二基极-发射极电压之间的差与乘积与第一基极-发射极电压之和的乘积，例如，如以上等式(8)的分母所示。第一基极-发射极电压响应于第二温度下的第一电流量。第二基极-发射极电压响应于第二温度下的第二电流量。

在808，从多个候选K值中选择提供相应第一数字码和相应第二数字码之间的最小差的K值。换句话说，对于第一温度和第二温度，所选择的K值可以在晶体管处提供基本恒定的带隙电压。

在一些实施例中，方法800还可以包括基于与所选K值相关联的相应第一数字码或相应第二数字码中的至少一个的倒数来确定第一校准值。在一些实施例中，第一校准值可以基于与所选K值相关联的相应第一数字码的倒数。在其他实施例中，第一校准值可以基于与所选K值相关联的相应第二数字码的倒数。在其他实施例中，第一校准值可以基于与所选K值相关联的相应第二数字码和相应第二数码的组合(例如，平均值)的倒数。在一些实施例中，方法800还可以包括将第一校准值存储在温度传感器的存储器(例如，NVM)中。也就是说，温度传感器可以将等式(8)的分母的倒数存储在存储器中，从而可以使用等式(8)来计算温度，而无需在运行时进行除法运算，例如以节省功率和/或管芯面积。

在一些实施例中，方法800还可以包括联合确定第二校准值(例如等式(8)的M值)和第三校准值(例如等式(8)的偏移值)，以最小化温度值和第一温度之间的差。温度值可以基于第一校准值、第二校准值和第一基极-发射极电压与第二基极-发射极电压之间的差的乘积。温度值可以进一步基于乘积和第三校准值之和。在一些情况下，第二和第三校准值的联合确定可以采用线拟合方法。在一些实施例中，方法800还可以包括在温度传感器的存储器中存储第二校准值或第三校准值中的至少一个。在一些实施例中，第一校准值(例如数字带隙参考的倒数)和第二校准值(例如等式(8)的M值)的组合值可以存储在传感器的存储器(例如NVM)中，用于运行时温度计算。

示例

示例1包括温度传感器装置，包括：模拟温度传感器电路，用于产生指示温度的多个电压；模数转换器(ADC)，设置在所述模拟温度传感电路的下游；设置在所述ADC之前的开关电容器放大器电路，所述开关电容器放大电路包括单端放大器；和第一开关，耦合在所述模拟温度传感器电路和所述开关电容器放大器电路之间。

在示例2，示例1的温度传感器装置可任选地包括：其中开关电容器放大器电路还包括：第一电容器，经由所述第一开关耦合在所述第一开关和所述单端放大器的第一输入之间；和第二电容器，耦合在所述单端放大器的第一输入和输出之间。

在示例3，示例2的温度传感器装置可任选地包括：其中开关电容器放大器电路还包括第二开关，耦合在所述单端放大器的第一输入和输出之间；和第三开关，耦合在所述第一电容器和所述单端放大器的第二输入之间。

在示例4，示例1-3中任一项的温度传感器装置可任选地包括：其中模拟温度传感器电路还包括：晶体管，包括基极、发射极和集电极；和多个电流源和多个开关，用于选择性地向所述晶体管提供第一电流量和第二电流量,所述晶体管产生响应于所述第一电流量的第一基极-发射极电压和响应于所二电流量的第二基极-发射极电压,并且所述多个电压包括所述第一基极-发射极电压和所述第二基极-发射极电压；和所述开关电容器放大器电路相对于公共电压放大所述第一基极-发射极电压和所述第二基极-发射极电压中的每一个。

在示例5，示例1-4中任一项的温度传感器装置可任选地包括：偏置电路，包括：另一晶体管，包括基极、耦合到所述单端放大器的第二输入的发射极、和集电极；和另一电流源，用于向所述另一晶体管提供第三电流量，其中所述另一晶体管响应于所述第三电流量产生第三基极-发射极电压，和其中所述第三基极-发射极电压作为所述公共电压提供给所述开关电容器放大器电路。

在示例6，示例1-5中任一项的温度传感器装置可任选地包括：其中所述第三电流量大于所述第二电流量，并且其中所述第二电流量大于所述第一电流量。

在示例7，示例1-6中任一项的温度传感器装置可任选地包括：其中模拟温度传感器电路中的多个电流源的数量与开关电容器放大器电路的放大增益相关联。

在示例8，示例1-7中任一项的温度传感器装置可任选地包括：其中ADC将放大的第一基极-发射极电压转换为相应的第一数字值，并将放大的第二基极-发射极电压转换成第二数字值；并且所述温度传感器装置还包括：处理电路，用于至少部分地基于所述第一数字值、所述第二数字值和与数字带隙参考的至少倒数相关联的预定缩放因子来计算温度值。

在示例9，示例1-8中任一项的温度传感器装置可任选地包括：存储器，用于存储与所述数字带隙参考的至少倒数相关联的预定缩放因子。

在示例10，示例1-9中任一项的温度传感器装置可任选地包括：其中所述处理电路还通过预定的数字温度相关补偿值来调节所述温度值。

在示例11，示例1-10中任一项的温度传感器装置可任选地包括：存储器，用于存储包括所述预定温度相关补偿值的多个数字温度相关补偿数值。

在示例12，示例1-11中任一项的温度传感器装置可任选地包括：多路复用器，具有耦合到所述开关电容器放大器电路和所述模拟温度传感器电路的输入、和耦合到ADC的输出。

在示例13，示例1-12中任一项的温度传感器装置可任选地包括：其中ADC具有10位或更低的分辨率。

在示例14，示例1-13中任一项的温度传感器装置可任选地包括：其中开关电容器放大器电路提供至少9的放大增益。

示例15包括集成电路装置，包括：温度测量系统，包括：模拟温度传感器电路，用于产生指示温度的多个电压；开关电容器放大器电路，包括单端放大器，用于相对于公共电压放大所述多个电压；第一开关，耦合在所述模拟温度传感器电路和所述开关电容器放大器电路之间；和数字计算电路，用于基于所述多个放大电压计算温度值；和组件；和处理器，用于：接收所计算的温度值的指示；和响应于所述指示来调整所述组件的操作。

在示例16，示例15的集成电路装置可任选地包括：其中所述模拟温度传感器电路包括：晶体管，包括基极、发射极和集电极；和多个电流源，用于向所述晶体管提供第一电流量的N个实例和第二电流量，其中所述第二电流量是所述第一电流量的N倍，并且其中所述晶体管响应于所述第一电流量的N个实例中的每一个实例产生相应的第一基极-发射极电压，并且响应于所述第二电流量产生相应的第二基极-发射极电压；和所述开关电容器放大器电路相对于公共电压放大所述第一基极-发射极电压和所述第二基极-发射极电压中的每一个。

在示例17，示例15-16中任一项的集成电路装置可任选地包括：偏置电路，包括：另一晶体管，包括基极、耦合到所述单端放大器的第二输入的发射极、和集电极；和另一电流源，用于向所述另一晶体管提供第三电流量,其中所述另一晶体管响应于所述第三电流量产生第三基极-发射极电压，并且其中所述第三基极-发射极电压作为所述公共电压提供给所述开关电容器放大器电路。

在示例18，示例15-17中任一项的集成电路装置可任选地包括：其中所述温度测量系统还包括：模数转换器(ADC)，用于将放大的第一基极-发射极电压中的每一个转换为相应的第一数字值，并将放大的第二基极-发射极电压转换为第二数字值；和累积器，用于累积所述第一数字值以生成第三数字值；和数字计算电路：进一步基于所述第二数字值、所述第三数字值和与数字带隙参考的至少倒数相关联的预定缩放因子来计算所述温度值；和基于至少与温度相关的数字带隙参考补偿相关联的预定偏移值来调整所述温度值。

示例19包括一种测量温度的方法，该方法包括：在第一阶段期间：对开关电容器放大器电路的公共电压进行采样；在第二阶段期间：将第一电流量注入晶体管以在所述晶体管处产生第一基极-发射极电压；将第二电流量注入所述晶体管以在所述晶体管处产生第二基极-发射极电压；经由所述开关电容器放大器电路相对于所述公共电压放大所述第一基极-发射极电压和所述第二基极-发射极电压；和至少部分地基于放大的第一基极-发射极电压和放大的第二基极-发射极电压来确定温度值。

在示例20，示例19的方法可任选地包括：将第三电流量注入另一晶体管，以在所述另一晶体管处产生第三基极-发射极电压，其中所述另一晶体管耦合到所述开关电容器放大器电路的输入，以在所述开关电容器放大器电路的输入处提供所述第三基极-发射极电压作为所述公共电压。

在示例21，示例19-20中任一项的方法可任选地包括：其中将第一电流量注入晶体管包括：向所述晶体管注入所述第一电流量的N个实例，以在所述晶体管处针对每个实例产生相应的第一基极-发射极电压，其中N是大于1的整数；和所述第二电流量是所述第一电流量的N倍；和放大所述第一基极-发射极电压和所述第二基极-发射极电压还包括：经由所述开关电容器放大器电路将每个所述第一基极-发射极电压相对于所述公共电压放大N倍。

在示例22，示例19-21中任一项的方法可任选地包括：其中所述向所述晶体管注入所述第一电流量还包括经由多个电流源中的不同电流源产生所述第一电流量的N个实例中的每一个；并且向晶体管注入第二电流量包括经由所有多个电流源产生第二量电流。

在示例23，示例19-22中任一项的方法可任选地包括：其中确定温度值包括：经由模数转换器(ADC)将所述第一基极-发射极电压中的每一个转换为相应的第一数字值，并且将所述第二基极-发射极电压转换为第二数字值；累积所述第一数字值以产生第三数字值；从所述第二数字值减去所述第三数字值以生成指示放大的基极-发射极差电压差的第四数字值；和将所述第四数字值乘以与数字带隙参考的至少倒数相关联的预定缩放因子，以产生第五数字值。

在示例24，示例19-23中任一项的方法可任选地包括：还包括从存储器读取与所述数字带隙参考的至少倒数相关联的预定缩放因子。

在示例25，示例19-24中任一项的方法可任选地包括：通过预定的温度相关数字补偿值调整所述温度值。

在示例26，示例19-25中任一项的方法可任选地包括：从多个温度相关数字补偿值中选择所述预定温度相关数字赔偿值。

在示例27，示例19-26中任一项的方法可任选地包括：从存储器读取预定的温度相关数字补偿值。

在示例28，示例19-27中任一项的方法可任选地包括：在第一阶段期间：使第一开关断开，所述第一开关耦合在所述晶体管的发射极和所述开关电容器放大器电路之间；和使第二开关和第三开关闭合，所述第二开关耦合在所述开关电容器放大器电路的单端放大器的第一输入和输出之间，并且所述第三开关耦合在所述单端放大器第一输入和第二输入之间；和在所述第一阶段和所述第二阶段之间的第三阶段期间：当所述第一开关断开时，使所述第二开关和所述第三开关断开；和在第二阶段期间：使所述第一开关闭合，而所述第二开关和所述第三开关断开。

示例29包括一种用于校准包括晶体管的温度传感器的方法，所述晶体管包括基极、发射极，所述方法包括在第一温度和第二温度中的每一个下通过所述晶体管的发射极注入第一电流量和第二电流量；对于多个候选K值中的每个K值：基于相应的候选K值以及在第一温度下注入的第一和第二电流量，获得代表第一带隙电压的第一数字代码值；以及基于相应的候选K值以及在第二温度下注入的第一和第二电流量获得代表第二带隙电压的第二数字代码值；以及从多个候选K值中选择提供相应第一数字码和相应第二数字码之间的最小差的K值。

在示例30中，示例29的方法可以可选地包括：其中第一带隙电压基于相应的候选K值与第一温度下晶体管两端的第一基极-发射极电压和第二基极-发射极电压之间的差的乘积，第一基极-发射极电压响应于第一温度下的第一电流量，并且第二基极-发射极电压响应于第一温度下的第二电流量；以及乘积和第一基极-发射极电压之和。

在示例31中，示例29-30中任一项的方法可以可选地包括：基于与所选K值相关联的相应第一数字码或相应第二数字码中的至少一个的倒数来确定第一校准值。

在示例32中，示例29-31中任一项的方法可任选地包括：将第一校准值存储在温度传感器的存储器中。

在示例33中，示例29-32中任一项的方法可任选地包括：联合确定第二校准值和第三校准值以最小化温度值和第一温度之间的差，以及第一基极-发射极电压和第二基极-发射极电压之间的差，所述第一基极-发射极电压响应于在所述第一温度下的第一电流量，而所述第二基极-发射极电压响应于所述第一温度下的第二电流量；以及乘积和第三校准值之和。

在示例34中，示例29-33中任一项的方法可任选地包括：将第三校准值以及第一和第二校准值的组合值存储在温度传感器的存储器中。

变化和实施

虽然以上参考图1-2、3A-3C和4-8所示所示的示例性实施方式描述了本公开的实施例，但是本领域技术人员将认识到，上述各种教导可应用于各种其他实现。

在某些上下文中，本文所讨论的特征可适用于汽车系统、安全关键工业应用、医疗系统、科学仪器、无线和有线通信、无线电、雷达、工业过程控制、音频和视频设备、电流感测、仪器(其可高度精确)和其他基于数字处理的系统。

在以上实施例的讨论中，系统的组件，例如晶体管、电流源、开关、电容器、放大器、MUX、ADC和/或其他组件，可以容易地被替换、替换或以其他方式修改，以适应特定的电路需求。此外，应当注意，使用互补的电子设备、硬件、软件等，为在各种系统中实现与温度感测和测量相关的本公开的教导提供了同样可行的选择。

本文提出的具有ΔVBE放大和数字曲率校正的各种温度传感系统的部分可以包括执行本文所述功能的电子电路。在一些情况下，系统的一个或多个部分可以由专门配置用于执行本文描述的功能的处理器提供。例如，处理器可以包括一个或多个特定于应用的组件，或者可以包括被配置为执行本文描述的功能的可编程逻辑门。该电路可以在模拟域、数字域或混合信号域中操作。在一些情况下，处理器可以被配置为通过执行存储在非暂时性计算机可读存储介质上的一个或多个指令来执行本文描述的功能。

在一个示例性实施例中，可以在相关电子设备的板上实现本图的任何数量的电路。该板可以是通用电路板，其可以容纳电子设备的内部电子系统的各种组件，并且进一步为其他外围设备提供连接器。更具体地，板可以提供电连接，系统的其他部件可以通过该电连接进行电通信。任何合适的处理器(包括DSP、微处理器、支持芯片组等)、计算机可读非临时存储元件等可以基于特定的配置需求、处理需求、计算机设计等适当地耦合到板，外围设备可以作为插件卡通过电缆连接到电路板，或者集成到电路板本身。在各种实施例中，本文描述的功能可以以仿真形式实现为在一个或多个可配置(例如，可编程)元件内运行的软件或固件，所述元件布置在支持这些功能的结构中。提供仿真的软件或固件可以被提供在包括允许处理器执行这些功能的指令的非暂时性计算机可读存储介质上。

在另一示例性实施例中，本图的电路可以被实现为独立模块(例如，具有被配置为执行特定应用或功能的相关组件和电路的设备)，或者被实现为电子设备的特定应用硬件中的插件模块。注意，本公开的特定实施例可以部分地或全部地容易地包括在片上系统(SOC)封装中。SOC表示将计算机或其他电子系统的组件集成到单个芯片中的IC。它可以包含数字、模拟、混合信号，通常还包括RF功能：所有这些功能都可以在单个芯片基板上提供。其他实施例可以包括多芯片模块(MCM)，多个单独的IC位于单个电子封装内，并且被配置为通过电子封装彼此紧密交互。

还必须注意，这里概述的所有规格、尺寸和关系(例如，图1、3A-3C和7中所示的部件数量)仅出于示例和教学的目的而提供。在不背离本公开的精神或所附权利要求书的范围的情况下，这些信息可以显著变化。应当理解，该系统可以以任何合适的方式合并。沿着类似的设计备选方案，本图中所示的电路、组件、模块和元件中的任何一个都可以以各种可能的配置进行组合，所有这些配置显然都在本说明书的广泛范围内。在前述描述中，已经参考特定处理器和/或组件布置描述了示例实施例。在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的。

注意，在这里提供的众多示例中，可以根据两个、三个、四个或更多个电组件来描述交互。然而，这样做只是为了清楚和举例。应当理解，该系统可以以任何合适的方式合并。与类似的设计备选方案一样，图中所示的任何组件、模块和元件都可以以各种可能的配置组合，所有这些都明显在本规范的广泛范围内。在某些情况下，通过仅参考有限数量的电气元件来描述给定流集合的一个或多个功能可能更容易。应当理解，图及其教导的电路是容易扩展的，并且可以容纳大量组件以及更复杂/复杂的布置和配置。因此，所提供的示例不应限制可能应用于无数其他架构的电路的范围或抑制电路的广泛教导。

请注意，在本说明书中，对“一个实施例”、“示例性实施例”“一个具体实施例”和“另一实施例”中包括的各种特征(例如，元件、结构、模块、组件、步骤、操作、特性等)的引用，本发明的一个或多个实施例中包括任何这样的特征，但可以或不必在相同的实施例中组合。此外，如本文所用，包括在权利要求书中，在项目列表中使用的“或”(例如，以短语“至少一个”或“一个或多个”开头的项目列表)表示包含列表，例如，[A、B或C中的至少一个]的列表表示A或B或C、或AB或AC或BC或ABC(即，A、B和C)。

使用本领域技术人员常用的术语来描述说明性实施例的各个方面，以向本领域其他技术人员传达其工作的实质，而术语“耦合”是指所连接的事物之间的直接电连接，或通过一个或多个无源或有源中间设备/组件的间接连接。在另一个示例中，术语“电路”是指一个或多个无源和/或有源部件，这些部件被布置为彼此协作以提供期望的功能。此外，如本文所用，术语“基本上”、“近似”、“大约”等可用于基于本文所述或本领域已知的特定值的上下文，通常指在目标值的+/-20％内，例如在目标值+/-10％内。

本领域技术人员可以确定许多其他变化、替换、变化、变更和修改，并且本公开意在包括落入示例和所附权利要求范围内的所有此类变化、替代、变化、更改和修改。注意，上述装置的所有可选特征也可以相对于本文描述的方法或过程来实现，并且示例中的细节可以在一个或多个实施例中的任何地方使用。

Claims (20)

1.一种温度传感器装置，包括：

模拟温度传感器电路，用于产生指示温度的多个电压；

模数转换器(ADC)，设置在所述模拟温度传感电路的下游；

设置在所述ADC之前的开关电容器放大器电路，所述开关电容器放大电路包括单端放大器；和

第一开关，耦合在所述模拟温度传感器电路和所述开关电容器放大器电路之间。

2.权利要求1所述的温度传感器装置，其中所述开关电容器放大器电路还包括:

第一电容器，经由所述第一开关耦合在所述第一开关和所述单端放大器的第一输入之间；和

第二电容器，耦合在所述单端放大器的第一输入和输出之间。

3.权利要求2所述的温度传感器装置，其中所述开关电容器放大器电路还包括:

第二开关，耦合在所述单端放大器的第一输入和输出之间；和

第三开关，耦合在所述第一电容器和所述单端放大器的第二输入之间。

4.权利要求1所述的温度传感器装置，其中:

所述模拟温度传感器电路还包括：

晶体管，包括基极、发射极和集电极；和

多个电流源和多个开关，用于选择性地向所述晶体管提供第一电流量和第二电流量，所述晶体管产生响应于所述第一电流量的第一基极-发射极电压和响应于所二电流量的第二基极-发射极电压，并且所述多个电压包括所述第一基极-发射极电压和所述第二基极-发射极电压；和

所述开关电容器放大器电路相对于公共电压放大所述第一基极-发射极电压和所述第二基极-发射极电压中的每一个。

5.权利要求4所述的温度传感器装置，还包括：

偏置电路，包括：

另一晶体管，包括基极、耦合到所述单端放大器的第二输入的发射极、和集电极；和

另一电流源，用于向所述另一晶体管提供第三电流量，其中所述另一晶体管响应于所述第三电流量产生第三基极-发射极电压，并且其中所述第三基极-发射极电压作为所述公共电压提供给所述开关电容器放大器电路。

6.权利要求4所述的温度传感器装置，其中:

ADC将放大的第一基极-发射极电压转换为第一数字值，并将放大的第二基极-发射极电压转换成第二数字值；和

所述温度传感器装置还包括：

处理电路，用于至少部分地基于所述第一数字值、所述第二数字值和与数字带隙参考的至少倒数相关联的预定缩放因子来计算温度值。

7.权利要求6所述的温度传感器装置，还包括：存储器，用于存储与所述数字带隙参考的至少倒数相关联的预定缩放因子。

8.权利要求6所述的温度传感器装置，其中所述处理电路还通过预定的数字温度相关补偿值来调节所述温度值。

9.权利要求8所述的温度传感器装置，还包括：

存储器，用于存储包括所述预定温度相关补偿值的多个数字温度相关补偿数值。

10.权利要求1所述的温度传感器装置，还包括：

多路复用器，具有耦合到所述开关电容器放大器电路和所述模拟温度传感器电路的输入、和耦合到ADC的输出。

11.一种集成电路装置，包括：

温度测量系统，包括：

模拟温度传感器电路，用于产生指示温度的多个电压；

开关电容器放大器电路，包括单端放大器，用于相对于公共电压放大所述多个电压；

第一开关，耦合在所述模拟温度传感器电路和所述开关电容器放大器电路之间；和

数字计算电路，用于基于所述多个放大电压计算温度值；和

组件；和

处理器，用于：

接收所计算的温度值的指示；和

响应于所述指示来调整所述组件的操作。

12.权利要求11所述的集成电路装置，其中:

所述模拟温度传感器电路包括：

晶体管，包括基极、发射极和集电极；和

多个电流源，用于向所述晶体管提供第一电流量的N个实例和第二电流量，其中所述第二电流量是所述第一电流量的N倍，并且其中所述晶体管响应于所述第一电流量的N个实例中的每一个实例产生相应的第一基极-发射极电压，并且响应于所述第二电流量产生相应的第二基极-发射极电压；和

所述开关电容器放大器电路相对于公共电压放大所述第一基极-发射极电压和所述第二基极-发射极电压中的每一个。

13.权利要求12所述的集成电路装置，还包括：

偏置电路，包括：

另一晶体管，包括基极、耦合到所述单端放大器的第二输入的发射极、和集电极；和

另一电流源，用于向所述另一晶体管提供第三电流量,其中所述另一晶体管响应于所述第三电流量产生第三基极-发射极电压，并且其中所述第三基极-发射极电压作为所述公共电压提供给所述开关电容器放大器电路。

14.权利要求13所述的集成电路装置，其中：

所述温度测量系统还包括：

模数转换器(ADC)，用于将放大的第一基极-发射极电压中的每一个转换为相应的第一数字值，并将放大的第二基极-发射极电压转换为第二数字值；和

累积器，用于累积所述第一数字值以生成第三数字值；和

数字计算电路：

进一步基于所述第二数字值、所述第三数字值和与数字带隙参考的至少倒数相关联的预定缩放因子来计算所述温度值；和

基于至少与温度相关的数字带隙参考补偿相关联的预定偏移值来调整所述温度值。

15.一种测量温度的方法，该方法包括：

在第一阶段期间：

对开关电容器放大器电路的公共电压进行采样；

在第二阶段期间：

将第一电流量注入晶体管以在所述晶体管处产生第一基极-发射极电压；

将第二电流量注入所述晶体管以在所述晶体管处产生第二基极-发射极电压；

经由所述开关电容器放大器电路相对于所述公共电压放大所述第一基极-发射极电压和所述第二基极-发射极电压；和

至少部分地基于放大的第一基极-发射极电压和放大的第二基极-发射极电压来确定温度值。

16.权利要求15所述的方法，还包括：

将第三电流量注入另一晶体管，以在所述另一晶体管处产生第三基极-发射极电压，其中所述另一晶体管耦合到所述开关电容器放大器电路的输入，以在所述开关电容器放大器电路的输入处提供所述第三基极-发射极电压作为所述公共电压。

17.权利要求15所述的方法，其中:

将第一电流量注入晶体管包括：

向所述晶体管注入所述第一电流量的N个实例，以在所述晶体管处针对每个实例产生相应的第一基极-发射极电压，其中N是大于1的整数；和

所述第二电流量是所述第一电流量的N倍；和

放大所述第一基极-发射极电压和所述第二基极-发射极电压还包括：

经由所述开关电容器放大器电路将每个所述第一基极-发射极电压相对于所述公共电压放大N倍。

18.权利要求17所述的方法，其中确定温度值包括：

经由模数转换器(ADC)将所述第一基极-发射极电压中的每一个转换为相应的第一数字值，并且将所述第二基极-发射极电压转换为第二数字值；

累积所述第一数字值以产生第三数字值；

从所述第二数字值减去所述第三数字值以生成指示放大的基极-发射极差电压差的第四数字值；和

将所述第四数字值乘以与数字带隙参考的至少倒数相关联的预定缩放因子，以产生第五数字值。

19.权利要求18所述的方法，还包括：

通过预定的温度相关数字补偿值调整所述温度值。

20.权利要求15所述的方法，还包括：

在第一阶段期间：

使第一开关断开，所述第一开关耦合在所述晶体管的发射极和所述开关电容器放大器电路之间；和

使第二开关和第三开关闭合，所述第二开关耦合在所述开关电容器放大器电路的单端放大器的第一输入和输出之间，并且所述第三开关耦合在所述单端放大器第一输入和第二输入之间；和

在所述第一阶段和所述第二阶段之间的第三阶段期间：

当所述第一开关断开时，使所述第二开关和所述第三开关断开；和

在第二阶段期间：

使所述第一开关闭合，而所述第二开关和所述第三开关断开。

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