CN116147798A - 温度传感器及温度修调校准方法 - Google Patents

温度传感器及温度修调校准方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种温度传感器及温度修调校准方法，可以应用于传感技术领域。该方法包括：感温电路，用于根据第三可调参数，确定非线性参数，并根据第一可调参数，确定温度系数；信号调理电路，用于根据第二可调参数，确定零度输出参数；温度传感器，用于根据非线性参数、温度系数和零度输出参数，确定修调输出曲线；第二可调参数和第三可调参数信号是信号调理电路的参数，第一可调参数是感温电路的参数，修调输出曲线是与温度呈线性关系的输出曲线。

Description

温度传感器及温度修调校准方法
技术领域
本公开涉及传感技术领域，更具体地，涉及一种温度传感器及温度修调校准方法。
背景技术
随着电子信息产业的快速发展，温度传感器成为最为广泛的传感器零部件之一。温度传感器的修调和校准技术同样受到广泛关注，因此，对温度传感器的精度的要求也越来越高。相关技术中温度传感器可以基于双极性结型晶体管(bipolar junctiontransistor，BJT)感温，这种以绝对温度为基准的进行感温的特性，可能使温度传感器精度受到电流增益变化、器件失配、机械应力和工艺水平的影响，导致测温不准确。针对测温不准确的问题，相关技术中单点修调校准方法，通过测量单点温度的测温误差来校准全温区误差，这种方法只在校准单点温度下能够达到很好的测温效果，而牺牲了远离单点温度的温度范围的测温误差。相关技术中两点温度修调法，通过校准温度系数来提升校准精度，但两点温度会增加校准时间和成本。
发明内容
有鉴于此，本公开提供了一种温度传感器及温度修调校准方法，以期部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
本公开的一个方面，提供了一种温度传感器。
该温度传感器，包括：
感温电路，用于根据第三可调参数，确定非线性参数，并根据第一可调参数，确定温度系数；信号调理电路，用于根据上述第二可调参数，确定零度输出参数；其中，上述温度传感器，用于根据上述非线性参数、上述温度系数和上述零度输出参数，确定修调输出曲线；其中，上述第二可调参数和上述第三可调参数信号是上述信号调理电路的参数，上述第一可调参数是上述感温电路的参数，上述修调输出曲线是与温度呈线性关系的输出曲线。
根据本公开实施例，上述感温电路包括：第一电阻、第一可调电阻、感温电阻、第二电阻和第三电阻。
上述第一电阻的第一端连接电源电压，第二端连接上述第一可调电阻的第一端和上述第三电阻的第一端；上述第一可调电阻的第二端连接上述感温电阻的第一端和上述第二电阻的第一端；上述感温电阻的第二端接地；上述第二电阻的第二端连接上述信号调理电路；上述第三电阻的第二端连接上述信号调理电路；其中，上述第一可调参数是上述第一可调电阻的参数。
根据本公开实施例，上述信号调理电路包括：第二可调电阻、第三可调电阻、第四电阻、运算放大器和模数转换器。
上述第二可调电阻的第一端连接上述电源电压，第二端连接上述第三可调电阻的第一端、上述第四电阻的第一端和上述运算放大器的负输入端；上述第三可调电阻的第二端接地；上述第四电阻的第二端连接上述运算放大器的输出端、上述模数转换器的输入端和上述第三电阻的第二端；上述运算放大器的正输入端连接上述第二电阻的第二端；上述模数转换器的电源端和参考电压输入端连接上述电源电压，接地端接地；其中，上述第二可调参数是上述第二可调电阻的参数，上述第三可调参数是上述第三可调电阻的参数。
根据本公开实施例，上述第四电阻的第二端、上述运算放大器的输出端、上述模数转换器的输入端和上述第三电阻的第二端的交点处为上述温度传感器的输出电压采集点；上述模数转换器，用于根据上述输出电压采集点，确定输出电压；根据参考电压和上述输出电压，确定上述修调输出曲线。
根据本公开实施例，上述感温电阻由具有温度信息的电路构成，上述电路包括具有温度信息的元件。
根据本公开实施例，上述第一可调电阻、上述第二可调电阻和上述第三可调电阻为薄膜电阻和/或由电阻和金属熔丝组成的可调电阻阵列。
根据本公开实施例，上述温度传感器还包括外部电源；上述外部电源为上述温度传感器提供上述电源电压和上述参考电压。
本公开的另一方面，提供了一种用于上述任一项的温度传感器的温度修调校准方法，包括：
根据第二可调参数和第三可调参数，确定非线性参数；在上述非线性参数满足预设条件的情况下，根据第一可调参数，确定温度系数；在上述温度系数满足预设条件的情况下，根据上述第二可调参数，确定零度输出参数；在上述零度输出参数满足预设条件的情况下，完成对上述温度传感器的校准；其中，上述第二可调参数、上述第三可调参数和上述零度输出参数是上述信号调理电路的参数，上述非线性参数、上述温度系数和上述第一可调参数是上述感温电路的参数。
根据本公开实施例，上述感温电路包括：第一可调电阻；上述信号调理电路包括：第二可调电阻和第三可调电阻；通过调节上述第一可调电阻阻值，调节上述第一可调参数；通过调节上述第二可调电阻阻值，调节上述第二可调参数；通过调节上述第三可调电阻阻值，调节上述第三可调参数。
根据本公开实施例，上述调节上述第一可调电阻阻值、上述第二可调电阻阻值和上述第三可调电阻阻值包括以下任一方法或以下方法的混合：离散调节、连续调节和熔丝调节。
根据本公开的实施例，通过调节温度传感器包括的感温电路和信号调理电路的可调参数，得到经过调节处理的非线性参数、零度输出参数和零度输出参数，调节过程中消除了温度对温度传感器进行温度传感的影响。温度传感器电路结构简单易实现，且不受电源波动影响，可实现自动化修调算法，校准精度较高、修调时间较短。基于上述技术手段，至少部分地克服了采用相关技术无法较好地保障在任意外界温度下进行温度校准的效率和准确性的技术问题，从而提高了温度校准的效率和准确性。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了相关技术的温度传感器电路结构。
图2示意性示出了相关技术的单点温度校准方法的流程图。
图3示意性示出了根据本公开实施例的温度传感器的装置框图。
图4示意性示出了根据本公开另一实施例的温度传感器的装置框图。
图5示意性示出了根据本公开实施例的温度修调校准方法的流程图。
图6示意性示出了根据本公开实施例的未修调的温度传感器初始输出曲线图。
图7示意性示出了根据本公开实施例的校准非线性参数后的输出曲线图。
图8示意性示出了根据本公开实施例的校准温度系数后的输出曲线图。
图9示意性示出了根据本公开实施例的校准零度输出参数后的输出曲线图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。
温度传感器可以通过可读的形式通过电信号提供温度信息。
图1示意性示出了相关技术的温度传感器电路结构。
如图1所示，相关技术的温度传感器100可以包括：第一晶体管1、第二晶体管2、第三晶体管3、第一电流源4、第二电流源5、第三电流源6、运算放大器7和模数转换器8。
其中，第一晶体管1的第一端连接第一电流源4和运算放大器7的负输入端；第二晶体管2的第一端连接第二电流源5和运算放大器7的正输入端；第三晶体管3的第一端连接第二电流源5，第三晶体管3的第一端的输出还与运算放大器7的输出端的输出进行处理，并将处理后的数据输入模数转换器8；第一晶体管1的第二端和第三端、第二晶体管2的第二端和第三端、第二晶体管2的第二端和第三端都接地；运算放大器7的输出端连接模数转换器8；在模数转换器8的输出端得到输出信号。
温度传感器100的感温原理是通过三极管感温，温度传感器100中第一电压信号ΔVBE可以通过如下公式(1)表示。
Figure BDA0004111952660000061
公式中，ΔVBE是与T正相关的第一电压信号；k是玻尔兹曼常数；T是开尔文温度；q是电子电荷量；IS是饱和电流，I1是第一偏置电流；p是偏置电流之比；r是发射级面积之比。
温度传感器100中电压信号第二电压信号可以通过如下公式(2)表示。
Figure BDA0004111952660000062
公式中，VBE是与T负相关的第二电压信号；I2是第二偏置电流。
通过运算放大器7放大第一电压信号，得到运算放大器7的输入信号，可以通过如下公式(3)表示输入信号VPTAT。
VPTAT＝α·ΔVBE (3)
公式中，α是运算放大器7的放大系数。
根据第一电压信号和第二电压信号，得到参考信号为VREF，可以通过如下公式(4)表示参考信号VREF。
VREF＝VBE+α·ΔVBE (4)
根据输入信号和参考信号，得到输出信号，可以通过如下公式(5)表示输出信号Dout。
Figure BDA0004111952660000063
但是，在实际传感过程中，基于BJT感温元件的温度传感器的误差源较多，VBE和ΔVBE会受到各种非理想因素(例如，工艺误差、曲率、串联电阻、有限电流增益等因素)的影响。因此，参考信号和输入信号将偏离理想值，因此，输出信号存在测温误差。
根据输出信号可以得到对应的温度系数，可以通过如下公式(6)表示温度系数TC。
Figure BDA0004111952660000071
在设定的温度，即单点修调校准方法所需的单点温度Tcal下，则根据公式(7)可以得到VBE的修调量，可以通过如下公式(7)表示VBE的修调量VBE,error：
Figure BDA0004111952660000072
公式中，VBE,error是VBE的修调量；VBE1是未修调时的实际得到的第二电压信号；Dout1是实际得到的输出信号；VBE,ideal是理想第二电压信号；Dout1,ideal是理想输出信号。
图2示意性示出了相关技术的单点温度校准方法的流程图。
如图2所述，在已获得VBE的修调量的情况下，可以通过调节VBE，得到修调的输出信号；判断修调后的输出信号是否符合测温误差标准，在修调后的输出信号符合的情况下，完成对温度传感器的修调，在修调后的输出信号不符合的情况下，则该温度传感器不能正常实现测温传感。
相关技术中，可以通过单点修调校准方法，即可以在第三晶体管3的第一端串联电阻器，通过调节电阻器两端的电压，实现对VBE的修调。
但是上述单点修调校准方法虽然可以完美的校准指定环境温度下Tcal下的测温误差，但是不能很好符合校准全温区测温误差的要求，且该单点修调校准方法对公式(6)所示的温度系数没有校准作用，这会导致温度范围末端的测温误差的牺牲，校准精度低。且这种需要在指定环境温度下进行的修调方法，会增加校准成本和引入校准误差，校准成本高。
通过研究分析发现，基于电阻感温的感温元件相比于BJT感温的单一性，使得基于电阻感温的温度传感器的误差源会更少，且电阻感温的不以绝对温度为基准的固有特性可以使得修调更加灵活和精准。
为了至少部分地解决相关技术中存在的技术问题，本公开提供了一种温度传感器及温度修调校准方法，可以应用于传感技术领域。
图3示意性示出了根据本公开实施例的温度传感器的装置框图。
如图3所示，温度传感器300包括感温电路310和信号调理电路320。
感温电路310，用于根据第三可调参数，确定非线性参数，并根据第一可调参数，确定温度系数。
信号调理电路320，用于根据第二可调参数，确定零度输出参数。温度传感器，可以用于根据非线性参数、温度系数和零度输出参数，确定修调输出曲线。第二可调参数和第三可调参数信号是信号调理电路的参数，第一可调参数是感温电路的参数，修调输出曲线是与温度呈线性关系的输出曲线。
根据本公开实施例，感温电路310可以通过电路内部的感温元件对外部温度进行传感，进而向信号调理电路320输出带温度信息的电压信号。
根据本公开实施例，信号调理电路320可以包括运算放大器和模数转换器，以实现对感温电路310的电压信号进行放大。信号调理电路320还可以包括多个电阻元件，以便完成温度传感器300的电路的正常功能。向外部输出修调输出曲线。
根据本公开实施例，电阻元件可能存在电阻阻值的误差，电阻误差的偏差值可以是温度传感器电路误差源之一，以及运算放大器的非理想因素，例如运算放大器存在失调电压、偏置电流等非理想因素，也是温度传感器电路误差源之一。这些误差源对于温度传感器精度的影响主要体现在以下三个方面：1、影响温度传感器300的线性度；2、影响到温度传感器300的温度系数的精度；3、影响到温度传感器300的零度输出的精度。
根据本公开实施例，线性度可以表征温度传感器300的输出曲线在一定的温度范围内一致变化的情况。温度系数可以表征温度传感器300的输出曲线随温度变化的斜率。零度输出是指温度传感器300在0℃时的输出曲线对应的信号值。
根据本公开实施例，利用感温元件进行感温，利用信号调理电路320处理与温度相关的电压信号，并可以通过调节感温电路310和信号调理电路320的电路元件的参数，通过单点温度修调校准方法在任意环境温度下实现对温度传感器的非线性度、温度系数和零度输出三项指标的修调校准。
根据本公开实施例，单点温度修调校准方法为在一个具体温度点对温度传感器300的电路元件参数进行调节，以实现校准全温区误差修调校准的一种方法。
根据本公开的实施例，通过调节温度传感器包括的感温电路和信号调理电路的可调参数，得到经过调节处理的非线性参数、温度系数和零度输出参数，调节过程中消除了温度对温度传感器进行温度传感的影响。温度传感器电路结构简单易实现，且不受电源波动影响，可实现自动化修调算法，校准精度较高、修调时间较短。基于上述技术手段，至少部分地克服了采用相关技术无法较好地保障在任意外界温度下进行温度校准的效率和准确性的技术问题，从而提高了温度校准的效率和准确性。
根据本公开实施例，温度传感器300还可以外接一个外部电源；该外部电源为温度传感器提供电源电压和参考电压，以便温度传感器300的电路可以正常进行传感。
图4示意性示出了根据本公开另一实施例的温度传感器的装置框图。
如图4所示，感温电路310可以包括：第一电阻R1、第一可调电阻R2、感温电阻RT、第二电阻R5和第三电阻R6。
第一电阻R1的第一端连接电源电压，第二端连接第一可调电阻R2的第一端和第三电阻R6的第一端。第一可调电阻R2的第二端连接感温电阻RT的第一端和第二电阻R5的第一端。感温电阻RT的第二端接地。第二电阻R5的第二端连接信号调理电路。第三电阻R6的第二端连接信号调理电路。其中，第一可调参数是第一可调电阻R2的参数。
如图4所示，信号调理电路320包括：第二可调电阻R3、第三可调电阻R4、第四电阻RF、运算放大器OP和模数转换器ADC。
第二可调电阻R3的第一端连接电源电压，第二端连接第三可调电阻R4的第一端、第四电阻RF的第一端和运算放大器OP的负输入端。第三可调电阻R4的第二端接地。第四电阻RF的第二端连接运算放大器OP的输出端、模数转换器ADC的输入端和第三电阻R6的第二端。运算放大器OP的正输入端连接第二电阻R5的第二端。模数转换器ADC的电源端和参考电压输入端连接电源电压，接地端接地。其中，第二可调参数是第二可调电阻R3的参数，第三可调参数是第三可调电阻R4的参数。
根据本公开实施例，感温电阻RT的阻值可以在恒流源存在的情况下，根据外部温度变化而变化，进而感温电路310可以在第一电阻R1获取电源电压的情况下，输出带温度信息的电压信号。
根据本公开实施例，感温电阻RT可以由具有温度信息的电路构成，电路包括与第一可调电阻R2的第二端和第二电阻R5的第一端；连接的第一端和接地的第二端。具有温度信息的电路可以为具有多个元件的复杂电路，也可以是具有1～2个元件的简单电路，本领域技术人员可以根据实际需求，选择对应包含感温元件和具体连接关系的感温电路，在此不做限定。
根据本公开实施例，感温电阻RT还可以直接由具有温度信息的元件构成，感温元件包括与第一可调电阻R2的第二端和第二电阻R5的第一端；连接的第一端和接地的第二端。本领域技术人员可以根据实际需求，选择对应种类的感温元件，在此不做限定。
根据本公开实施例，感温电阻RT还可以直接由感温电阻构成。在集成电路中常见的感温电阻的电阻类型和特性如下表1所示。
表1
Figure BDA0004111952660000101
Figure BDA0004111952660000111
根据本公开实施例，基于表1所示的电阻类型和特性以及实际温度传感器300温度传感的需求，感温电阻RT可以选择金属电阻或者S-Poly电阻。本领域技术人员还可以根据其他的实际需求，选择对应种类的感温电阻，在此不做限定。
根据本公开实施例，在温度传感电路中，不仅需要利用感温电阻对外部温度进行传感，以便获取电压信号，还需要感温电阻的电源敏感性、噪声、应力敏感性较小，从而减少感温电阻元件给电路带来对于的元件噪声，以便提高电压信号的信号质量。
根据本公开实施例，第一可调电阻R2、第二可调电阻R3和第三可调电阻R4可以为薄膜电阻。薄膜电阻是用类蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成电阻，可以通过改变薄膜材料接入电路的厚度实现改变薄膜电阻的阻值，薄膜电阻阻值的改变一般是不可逆的。
根据本公开实施例，可以选择CrSi薄膜电阻作为第一可调电阻R2、第二可调电阻R3和第三可调电阻R4，CrSi薄膜电阻的温度系数低。本领域技术人员还可以根据其他的实际需求，选择对应种类的薄膜电阻，在此不做限定。
根据本公开实施例，第一可调电阻R2、第二可调电阻R3和第三可调电阻R4还可以为由电阻和金属熔丝组成的可调电阻阵列。可以通过调节金属熔丝实现对第一可调电阻R2、第二可调电阻R3和第三可调电阻R4阻值的调节，电阻阻值的改变一般是不可逆的。
根据本公开实施例，在一实施例中，第一可调电阻R2、第二可调电阻R3和第三可调电阻R4的种类可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择，在此不做限定。
根据本公开实施例，第一可调参数是第一可调电阻R2的参数，即第一可调电阻R2的阻值；第二可调参数是第二可调电阻R3的参数，即第二可调电阻R3的阻值；第三可调参数是第三可调电阻R4的参数，即第三可调电阻R4的阻值。
根据本公开实施例，第一电阻R1、第二电阻R5、第三电阻R6和第四电阻RF为普通电阻，在电路中的阻值固定后一般不发生改变。第一电阻R1、第二电阻R5、第三电阻R6和第四电阻RF可以为Poly电阻或diff电阻。本领域技术人员还可以根据其他的实际需求，选择对应种类的电阻，在此不做限定。
根据本公开实施例，按照预设顺序调节第三可调电阻R4、第一可调电阻R2和第二可调电阻R3的阻值，可以实现在任意环境温度下对温度传感器非线性度、温度系数和零度输出三项指标的校准。
根据本公开实施例，感温电阻RT需要感温电路310中存在恒流源的情况下进行工作，该恒流源可以由第一电阻R1、第一可调电阻R2、和第二电阻R5在电路中构成的正反馈环路形成，正反馈环路使流经第一可调电阻R2的电流的电压与温度无关，由此近似得到一个恒流源。
根据本公开实施例，可以通过如下公式(8)表示流经第一可调电阻R2的电流。
Figure BDA0004111952660000121
公式中，Vcc是电源电压；IR2是流经第一可调电阻R2的电流值；R1是第一电阻R1的电阻值；R2是的第一可调电阻R2电阻值；R3是第二可调电阻R3的电阻值；R4是的电阻值；R5是第二电阻R5的电阻值；RF是第四电阻RF的电阻值；RT是感温电阻RT的电阻值。
根据本公开实施例，由公式(8)可以得到，在分母中RT的系数部分被设计为0，即
Figure BDA0004111952660000122
被设计为0的情况下，IR2就与RT的值无关，由此可以实现流经第一可调电阻R2的电流是恒流源，该恒流源和电源电压Vcc成正比且与温度无关。
根据本公开实施例，在RT的系数部分为0且不考虑运算放大器OP的非理想特性如偏置电流的情况下，设计R5远远大于R1、R2，可以基于公式(8)并进行化简，得到感温电阻RT的电压值，也即感温电路310的输出值。可以通过如下公式(9)表示感温电阻RT的电压值。
Figure BDA0004111952660000131
公式中，VRT是感温电阻RT的电压值；RT0是感温电阻RT的在实际传感温度时的电阻值；TCTFR是感温电阻的温度系数；TA是实际传感情况下的任意非固定环境温度。
根据本公开实施例，在实际传感中，VRT较为微小，如果通过温度传感器接口电路或ADC直接处理VRT得到温度呈线性关系的传感曲线，对于温度传感器接口电路或ADC的要求会非常高，不利于实际传感使用，因此还需要对VRT进行调理才能进行模数转换。
根据本公开实施例，信号调理电路320的运算放大器OP可以是带直流偏置的同相运算放大器，通过运算放大器OP和模数转换器ADC，可以实现将VRT进行电压值的放大。同时运算放大器OP和模数转换器ADC还可以放大温度传感器300的温度系数，由此实现提升度传感器300的精度。
如图4所示，可以设置第四电阻RF的第二端、运算放大器OP的输出端、模数转换器ADC的输入端和第三电阻R6的第二端的交点处为温度传感器的输出电压采集点。
根据本公开实施例，在运算放大器OP为理想运放的情况下，根据公式(9)，可以在输出电压采集点得到运算放大器OP放大的输出电压，可以通过如下公式(10)表示输出电压。
Figure BDA0004111952660000132
公式中，Vout是输出电压。
根据本公开实施例，根据公式(10)可以得到，输出电压与温度成线性关系，且与电源电压成正比。
根据本公开实施例，模数转换器ADC可以根据该输出电压和由外部电源提供的参考电压，可以确定输出电压和由外部电源提供的参考电压的比值，进而确定修调输出曲线。可以通过如下公式(11)表示修调输出曲线。
Figure BDA0004111952660000141
公式中，Dout是修调输出曲线；Vref是参考电压，参考电压可以是外部电源为温度传感器提供的电压。
根据本公开实施例，根据公式(11)可以得到，修调输出曲线与温度成线性关系，而与电源电压无关。
根据本公开实施例，通过设计温度传感器300包括的感温电路310和信号调理电路320的电路结构以及设计单点修调校准方法，利用电阻进行感温，利用信号调理电路处理与温度相关的电压信号，并利用单点温度修调校准方法在任意环境温度下实现对温度传感器的非线性度、温度系数和零度输出三项指标的修调校准。相比于现有技术，本公开的电路结构简单，修调算法易实现，修调成本低，修调精度高。
图5示意性示出了根据本公开实施例的温度修调校准方法的流程图。
如图5所示，用于温度传感器的温度修调校准方法，包括操作S510～S540。
在操作S510，根据第二可调参数和第三可调参数，确定非线性参数。
在操作S520，在非线性参数满足预设条件的情况下，根据第一可调参数，确定温度系数。
在操作S530，在温度系数满足预设条件的情况下，根据第二可调参数，确定零度输出参数。
在操作S540，在零度输出参数满足预设条件的情况下，完成对温度传感器的校准。
其中，第二可调参数、第三可调参数和零度输出参数是信号调理电路的参数，非线性参数、温度系数和第一可调参数是感温电路的参数。
根据本公开实施例，感温电路包括：第一可调电阻R2。信号调理电路包括：第二可调电阻R3和第三可调电阻R4。通过调节第一可调电阻R2阻值，调节第一可调参数；通过调节第二可调电阻R3阻值，调节第二可调参数；通过调节第三可调电阻R4阻值，调节第三可调参数。
根据本公开实施例，在操作S510中，非线性误差主要存在于感温电路310中的恒流源，通过公式(8)可以发现，分母部分所示的RT项为非线性误差项，即可将RT项对应的系数即定义为非线性参数，由此可以通过如下公式(12)表示非线性参数。
Figure BDA0004111952660000151
公式中，k非线性是非线性参数。
根据本公开实施例，在实际调节中，例如在实际晶圆测试过程中，如果对公式(12)中包括的所有参数项一一进行测试，将造成较大的资源和时间浪费，并不适用于实际温度修调校准方法。因此，可以通过简化公式(12)，以便得到较为简便的与非线性参数相关的待修调参数。
根据本公开实施例，可以通过如下公式(13)表示简化后的非线性参数。
Figure BDA0004111952660000152
Figure BDA0004111952660000153
公式中，gain是信号调理电路320的增益，其表达式可以由公式(13.1)表示。
根据本公开实施例，第一电阻R1和第二电阻R5均可以使用普通电阻，且经过匹配设计后，R1/R5的比值受工艺影响较小，可直接使用预设设计值。因此在修调测试中仅需测试调整gain值大小就可实现对非线性度的计算和校准，即可以通过调整第二可调电阻R3阻值，以实现得到满足预设条件的非线性参数。
根据本公开实施例，在操作S520中，根据公式(10)可以得到温度传感器300的温度系数，可以通过如下公式(14)表示温度系数TC。
Figure BDA0004111952660000161
根据本公开实施例，根据公式(14)，在实际调节温度系数时，可以选择调整分母中的第一可调电阻R2实现校准温度系数。
根据本公开实施例，在实际调节中，也可以对公式(14)表示的温度系数进行进一步简化，根据公式(9)和公式(14)，可以得到简化后的温度系数。可以通过如下公式(15)表示简化后的温度系数。
Figure BDA0004111952660000162
公式中，VRT是感温电阻电压。
根据本公开实施例，根据公式(15)，在实际调节温度系数时，还可以对实际调节的情况下的当前环境温度和感温电阻电压进行获取，就可以实现对温度系数的计算和校准。
根据本公开实施例，在操作S530中，零度输出是指温度传感器在0℃时的输出信号值，根据公式(10)，可以得到零度输出表达式。可以通过如下公式(16)表示零度输出VT0。
Figure BDA0004111952660000163
根据本公开实施例，根据公式(16)，为避免修调R3对非线性度产生影响，故设计中应满足R4远小于R3。
根据本公开实施例，在述非线性参数和温度系数都对应满足预设条件的情况下，零度输出可化简为由如下公式(17)所示。修调测试中仅需测得当前环境温度和输出电压就可以实现对零度输出VT0的计算和校准。
VT0＝Vout-TCTA (17)
根据本公开实施例，调节第一可调电阻R2阻值、第二可调电阻R3阻值和第三可调电阻R4阻值包括以下任一方法或以下方法的混合：离散调节、连续调节和熔丝调节。
根据本公开实施例，对第一可调电阻R2、第二可调电阻R3和第三可调电阻R4的调节可以包括离散修调部分和连续修调部分，离散部分通常采用fuse熔断的方法，连续部分通常采用帽型电阻。
根据本公开实施例，在实际修调过程中可以采用“边修调边测试”的方法，直到修调达到预期效果就停止修调。通过这种设计既能保证修调精度，又能提升修调速度。
图5示意性示出了根据本公开实施例的温度修调校准方法的流程图。图6示意性示出了根据本公开实施例的未修调的温度传感器初始输出曲线图。图7示意性示出了根据本公开实施例的校准非线性参数后的输出曲线图。图8示意性示出了根据本公开实施例的校准温度系数后的输出曲线图。图9示意性示出了根据本公开实施例的校准零度输出参数后的输出曲线图。
如图5所示，横坐标表示实际测试的温度，纵坐标表示温度传感器的输出电压，输出未经过温度修调校准方法校准的温度传感器输出曲线由于制造工艺等影响与期望输出曲线的偏差较大。如图6所示，在经过修调第三可调电阻R4后，对温度传感器输出曲线进行校准非线性度处理，输出曲线的线性度有了明显的提升。如图7所示，在经过修调第二可调电阻R3后，对温度传感器输出曲线进行垂直偏置矫正。如图8所示，在经过修调第一可调电阻R2后，对温度传感器输出曲线进行零度输出校准。经过三次修调后输出曲线的非线性度、温度系数和零度输出都得到了校准，输出曲线已经很好地切合了期望输出曲线。
根据本公开实施例，温度传感器包括的感温电路和信号调理电路，感温电路基于电阻感温，误差源小。通过调节温度传感器包括的感温电路和信号调理电路的可调参数，得到经过调节处理的非线性参数、温度系数和零度输出参数，调节过程中消除了温度对温度传感器进行温度传感的影响，电路结构简单，使得修调易实现，且不受电源波动影响。且可在任意环境温度下进行修调校准。
根据本公开实施例，在实际修调过程中，在第一可调电阻R2、第二可调电阻R3和第三可调电阻R4的调节都满足预期效果的情况下，完成对温度传感器的校准。在第一可调电阻R2、第二可调电阻R3和第三可调电阻R4的调节不能满足预期效果的情况下，则可以判断该温度传感器不能正常使用，可以实现全自动化修调算法，既能保证校准精度又能节约校准时间。
附图中的流程图和框图，示意性示出了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明本公开的目的、技术方案和有益效果，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，在本公开的精神和原则之内，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温度传感器，包括：
感温电路，用于根据第三可调参数，确定非线性参数，并根据第一可调参数，确定温度系数；以及
信号调理电路，用于根据所述第二可调参数，确定零度输出参数；
其中，所述温度传感器，用于根据所述非线性参数、所述温度系数和所述零度输出参数，确定修调输出曲线；
其中，所述第二可调参数和所述第三可调参数信号是所述信号调理电路的参数，所述第一可调参数是所述感温电路的参数，所述修调输出曲线是与温度呈线性关系的输出曲线。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其中，所述感温电路包括：第一电阻、第一可调电阻、感温电阻、第二电阻和第三电阻；
所述第一电阻的第一端连接电源电压，第二端连接所述第一可调电阻的第一端和所述第三电阻的第一端；
所述第一可调电阻的第二端连接所述感温电阻的第一端和所述第二电阻的第一端；
所述感温电阻的第二端接地；
所述第二电阻的第二端连接所述信号调理电路；以及
所述第三电阻的第二端连接所述信号调理电路；
其中，所述第一可调参数是所述第一可调电阻的参数。
3.根据权利要求2所述的温度传感器，其中，所述信号调理电路包括：第二可调电阻、第三可调电阻、第四电阻、运算放大器和模数转换器；
所述第二可调电阻的第一端连接所述电源电压，第二端连接所述第三可调电阻的第一端、所述第四电阻的第一端和所述运算放大器的负输入端；
所述第三可调电阻的第二端接地；
所述第四电阻的第二端连接所述运算放大器的输出端、所述模数转换器的输入端和所述第三电阻的第二端；
所述运算放大器的正输入端连接所述第二电阻的第二端；以及
所述模数转换器的电源端和参考电压输入端连接所述电源电压，接地端接地；
其中，所述第二可调参数是所述第二可调电阻的参数，所述第三可调参数是所述第三可调电阻的参数。
4.根据权利要求3所述的温度传感器，其中，所述第四电阻的第二端、所述运算放大器的输出端、所述模数转换器的输入端和所述第三电阻的第二端的交点处为所述温度传感器的输出电压采集点；
所述模数转换器，用于根据所述输出电压采集点，确定输出电压；以及
根据参考电压和所述输出电压，确定所述修调输出曲线。
5.根据权利要求2所述的温度传感器，所述感温电阻由具有温度信息的电路构成，所述电路包括具有温度信息的元件。
6.根据权利要求3所述的温度传感器，所述第一可调电阻、所述第二可调电阻和所述第三可调电阻为薄膜电阻和/或为由电阻和金属熔丝组成的可调电阻阵列。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的温度传感器，还包括外部电源；
所述外部电源为所述温度传感器提供所述电源电压和所述参考电压。
8.一种用于权利要求1-7中任一项所述的温度传感器的温度修调校准方法，包括：
根据第二可调参数和第三可调参数，确定非线性参数；
在所述非线性参数满足预设条件的情况下，根据第一可调参数，确定温度系数；
在所述温度系数满足预设条件的情况下，根据所述第二可调参数，确定零度输出参数；以及
在所述零度输出参数满足预设条件的情况下，完成对所述温度传感器的校准；
其中，所述第二可调参数、所述第三可调参数和所述零度输出参数是所述信号调理电路的参数，所述非线性参数、所述温度系数和所述第一可调参数是所述感温电路的参数。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述感温电路包括：第一可调电阻；
所述信号调理电路包括：第二可调电阻和第三可调电阻；
通过调节所述第一可调电阻阻值，调节所述第一可调参数；
通过调节所述第二可调电阻阻值，调节所述第二可调参数；以及
通过调节所述第三可调电阻阻值，调节所述第三可调参数。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述调节所述第一可调电阻阻值、所述第二可调电阻阻值和所述第三可调电阻阻值包括以下任一方法或以下方法的混合：离散调节、连续调节和熔丝调节。
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