CN116448265A - 一种cmos温度传感器 - Google Patents

一种cmos温度传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN116448265A
CN116448265A CN202310441352.XA CN202310441352A CN116448265A CN 116448265 A CN116448265 A CN 116448265A CN 202310441352 A CN202310441352 A CN 202310441352A CN 116448265 A CN116448265 A CN 116448265A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
pmos tube
electrode
temperature sensor
pmos
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310441352.XA
Other languages
English (en)
Inventor
卓华
薛文艳
宋长亮
李海兵
朱晓明
赵亿坤
麻瑞
王栋
杜炜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XINJIANG UYGUR AUTONOMOUS REGION INSTITUTE OF MEASUREMENT AND TESTING
Original Assignee
XINJIANG UYGUR AUTONOMOUS REGION INSTITUTE OF MEASUREMENT AND TESTING
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XINJIANG UYGUR AUTONOMOUS REGION INSTITUTE OF MEASUREMENT AND TESTING filed Critical XINJIANG UYGUR AUTONOMOUS REGION INSTITUTE OF MEASUREMENT AND TESTING
Priority to CN202310441352.XA priority Critical patent/CN116448265A/zh
Publication of CN116448265A publication Critical patent/CN116448265A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/42Circuits effecting compensation of thermal inertia; Circuits for predicting the stationary value of a temperature
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Abstract

本发明提供一种CMOS温度传感器。该CMOS温度传感器包括:基于三极管的延迟发生器,用于响应于输入的偏置电流输出占空比与温度成正比的PWM信号;电流控制振荡器,用于生成振荡频率信号,并基于所述振荡频率信号对所述PWM信号进行非线性补偿;时间数字转换器,用于将非线性补偿后的PWM信号的占空比转换为数字代码。根据本发明,能够解决现有的时域CMOS温度传感器因使用反相器以及采用外部参考时钟信号而导致自身精度降低的问题。

Description

一种CMOS温度传感器
技术领域
本发明属于温度传感器技术领域,更具体地,涉及一种CMOS温度传感器。
背景技术
温度传感在处理器和存储器的热管理、智能温室环境监测、临床温度监测以及在可穿戴或植入系统的生理标志监测等方面发挥着重要作用。目前市场上有许多种温度传感器,比如热敏电阻传感器、热电偶传感器、电阻式温度传感器和基于互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺的温度传感器等。在众多的温度传感器中,CMOS温度传感器更受青睐,因为它不仅具有节能和高精度的优点,而且很容易与其他信号处理模块集成,形成一个紧凑的系统。
常见的采用CMOS技术实现的温度传感器可以分为三类:电压域CMOS温度传感器、频域CMOS温度传感器和时域CMOS温度传感器。其中,电压域CMOS传感器使用与温度相关的电压源和电压式模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)将温度信号转换为数字信号。频域CMOS温度传感器在频域内工作,使用与电压域CMOS温度传感器相似的结构,但是输出的频率依赖于温度。在时域CMOS温度传感器中,延迟发生器产生一个具有与温度相关的延迟数字脉冲,时间数字转换器(Time to Digital Converter,TDC)可以用一个简单的数字计数器来实现,测量延迟并生成相应的输出代码。
图1示出了一种典型的时域CMOS温度传感器的原理图。该CMOS温度传感器从时域数字恒温器发展而来。该温度传感器包括了偏移时间消除电路、与温度相关的延迟线(Temperature Dependent Delay Line,TDDL)、根据设定点值产生参考延迟的热补偿可调参考延迟线(Adjustable Reference Delay Line,ARDL)、用于鉴别时间差的时间比较器以及用于提供连续设定点编程的SAR(Successive Approximation Register)控制逻辑模块。其中,偏移时间消除电路仅由两个D触发器组成。每次开始比较时,外部参考时钟信号Start便作为两个D触发器的时钟输入。一个D触发器由Start信号的正边缘触发,输出信号t1作为与温度相关的延迟线的输入。类似的,Start信号的负边缘触发另一个D触发器,输出信号t2作为热补偿可调参考延迟线的输入。输出信号t1与输出信号t2之间的延迟差等于偏移时间,从而达到消除偏移时间的目的。与温度相关的延迟线由多个反相器组成,输出一个与测量温度成比例的延迟信号tD。热补偿可调参考延迟线也由多个反相器组成,利用二进制加权的方法来进行温度补偿,输出一个与输入的设定点值Set-Point成比例的传播延迟信号tA。时间比较器仅用于确定传播延迟信号tA超前或者滞后延迟信号tD,时间比较器的输出Comp输入SAR控制逻辑模块,以决定是保留还是清除当前的SAR位。SAR控制逻辑模块由十个多输入移位寄存器组成,输出设定点的值来调整热补偿可调参考延迟线的延迟,使其不断地逼近与温度相关的延迟线的延迟。最终的设定点值为温度传感器的输出。
与电压域CMOS温度传感器和频域CMOS温度传感器相比,现有的时域CMOS温度传感器虽然可以实现更高的精度和较大的传感范围,但是仍然存在以下缺点:
一、与温度相关的延迟线和热补偿可调参考延迟线均采用多个反相器,而反相器具有很高的非线性度,这将导致时域CMOS温度传感器的精度降低。
二、在偏移时间消除电路中,利用外部参考时钟信号Start作为D触发器的输入。在SAR控制逻辑模块中,移位寄存器的输入有外部参考时钟信号CLK。实际上,任何时钟信号都是不够精确的,由于受外部干扰和随机噪声等影响,时钟信号的实际周期频繁变化。因此,在实际设计中,非理想的时钟信号会给温度传感器的输出带来偏移误差。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的时域CMOS温度传感器因使用反相器以及采用外部参考时钟信号而导致自身精度降低的问题。
为了实现上述目的,本发明提供一种CMOS温度传感器,该CMOS温度传感器包括:
基于三极管的延迟发生器,用于响应于输入的偏置电流输出占空比与温度成正比的PWM信号;
电流控制振荡器,用于生成振荡频率信号,并基于所述振荡频率信号对所述PWM信号进行非线性补偿;
时间数字转换器,用于将非线性补偿后的PWM信号的占空比转换为数字代码。
作为可选的是,所述延迟发生器包括比较器、数字处理器、第一三极管、第二三极管、第一电容、第二电容、第一开关、第二开关和切换开关;
所述第一三极管和所述第二三极管均为PNP型三极管;
所述第二三极管的集电极、所述第二三极管的基极与所述第一三极管的基极的公共端、所述第一三极管的集电极和所述第一电容的第一端均接地;
所述第二三极管的发射极与所述第二电容的第一端相连;
所述第一电容的第二端、所述第一三极管的发射极和所述第二电容的第二端分别接入偏置电流源;
所述第一开关并接于所述第一电容,所述第二开关并接于所述第二电容,所述切换开关用于使所述比较器的同相输入端接入所述第一电容的第二端或者所述第二电容的第二端,所述比较器的反相输入端接入所述第一三极管的发射极;
所述数字处理器用于根据所述比较器的输出信号控制所述第一开关的开关状态、所述第二开关的开关状态以及所述切换开关的切换状态。
作为可选的是,所述数字处理器用于在一个PWM信号周期内依次控制重置后的第一电容和第二电容进行充电;
所述PWM信号的周期为所述第一电容的充电时间与所述第二电容的充电时间之和,所述PWM信号的占空比为所述第二电容的充电时间与PWM信号周期之比。
作为可选的是,充电后的第一电容的第二端的节点电压和充电后的第二电容的第二端的节点电压均等于所述第一三极管的基极与发射极之间的电压差。
作为可选的是,所述电流控制振荡器包括第一PMOS管至第七PMOS管、第一NMOS管至第三NMOS管以及第三电容;
所述第一PMOS管的源极、所述第二PMOS管的源极和所述第三PMOS管的源极均接入VDD端,所述第一PMOS管的栅极同时与所述第二PMOS管的栅极和所述第三PMOS管的栅极相连,所述第一PMOS管的漏极接入偏置电流源,所述第二PMOS管的漏极同时与所述第四PMOS管的源极和所述第五PMOS管的源极相连,所述第三PMOS管的漏极同时与所述第六PMOS管的源极和所述第七PMOS管的源极相连;
所述第三电容的第一端同时与所述第四PMOS管的栅极、所述第四PMOS管的漏极、所述第一NMOS管的漏极和所述第七PMOS管的漏极相连;
所述第五PMOS管的漏极同时与所述第一NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的漏极和所述第三NMOS管的栅极相连,所述第五PMOS管的栅极同时与所述第六PMOS管的栅极、所述第六PMOS管的漏极和所述第三NMOS管的漏极相连;
所述第三电容的第二端、所述第一NMOS管的源极、所述第二NMOS管的源极和所述第三NMOS管的源极均接地;
所述第七PMOS管的栅极接入参考电位点。
作为可选的是,所述第二PMOS管的漏极和所述第三PMOS管的漏极的输出电流均为复制的偏置电流。
作为可选的是,所述参考电位点为所述VDD端与电源地之间的电压中位点。
作为可选的是,所述电流控制振荡器还包括参考电位点提供电路,所述参考电位点提供电路包括2N个PMOS管,所述2N个PMOS管串接在所述VDD端与电源地之间;
对于所述2N个PMOS管之中的任意两个相邻的PMOS管,在前的PMOS管的栅极和漏极均接入在后的PMOS管的源极;
所述第七PMOS管的栅极接入第N+1个PMOS管的源极。
作为可选的是,所述振荡频率信号等于所述第三电容的充放电频率。
作为可选的是,所述电流控制振荡器用于基于所述振荡频率信号量化所述PWM信号,以对所述PWM信号中的曲率进行补偿。
本发明的有益效果在于:
本发明的CMOS温度传感器包括用于响应于输入的偏置电流输出占空比与温度成正比的PWM信号的基于三极管的延迟发生器、用于生成振荡频率信号并基于所述振荡频率信号对所述PWM信号进行非线性补偿的电流控制振荡器以及用于将非线性补偿后的PWM信号的占空比转换为数字代码的时间数字转换器。
第一方面,本发明的CMOS温度传感器中的延迟发生器采用三极管构成,与反相器相比,三极管的非线性度较低,因此本发明的CMOS温度传感器的精度相对于现有使用反相器的时域CMOS温度传感器得到了相应程度的提高。第二方面,本发明的CMOS温度传感器没有采用理想的外部参考时钟信号,而是通过电流控制振荡器基于振荡频率对PWM信号进行非线性补偿,进而实现对CMOS温度传感器的输出信号的非线性补偿,从而进一步地提高了CMOS温度传感器的精度。
根据以上内容可知,本发明的CMOS温度传感器能够有效地解决现有的时域CMOS温度传感器因使用反相器以及采用外部参考时钟信号而导致自身精度降低的问题。
本发明的其他特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
本发明可以通过参考下文中结合附图所做出的描述而得到更好的理解,其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。
图1示出了根据本发明的背景技术的现有时域CMOS温度传感器的原理框图;
图2示出了根据本发明的实施例的CMOS温度传感器的原理框图;
图3示出了根据本发明的实施例的延迟发生器的电路原理图;
图4示出了根据本发明的实施例的电流控制振荡器的电路原理图。
具体实施方式
为了使所属技术领域的技术人员能够更充分地理解本发明的技术方案,在下文中将结合附图对本发明的示例性的实施方式进行更为全面且详细的描述。显然地,以下描述的本发明的一个或者多个实施方式仅仅是能够实现本发明的技术方案的具体方式中的一种或者多种,并非穷举。应当理解的是,可以采用属于一个总的发明构思的其他方式来实现本发明的技术方案,而不应当被示例性描述的实施方式所限制。基于本发明的一个或多个实施方式,本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式,都应当属于本发明保护的范围。
实施例:图2示出了本发明实施例的CMOS温度传感器的原理框图。
参照图2,本发明实施例的CMOS温度传感器包括:
基于三极管的延迟发生器,用于响应于输入的偏置电流输出占空比与温度成正比的PWM信号;
电流控制振荡器,用于生成振荡频率信号,并基于振荡频率信号对PWM信号进行非线性补偿;
时间数字转换器,用于将非线性补偿后的PWM信号的占空比转换为数字代码。
具体地,本发明实施例的CMOS温度传感器由延迟发生器、电流控制振荡器和时间数字转换器组成。延迟发生器在保持线性的同时,通过放电产生依赖于温度的PWM信号,而不是使用电路结构复杂的ADC。为了补偿三极管中VBE的曲率以提高CMOS温度传感器的精度并且量化PWM信号,设计了一种由VBE相关电流源驱动的电流控制振荡器。时间数字转换器在每个转换周期结束时输出相应的数字信号Dout。
进一步地,图3示出了本发明实施例的延迟发生器的电路原理图。参照图3,本发明实施例中,延迟发生器包括比较器U1、数字处理器U2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第一开关S1、第二开关S2和切换开关S3
第一三极管Q1和第二三极管Q2均为PNP型三极管;
第二三极管Q2的集电极、第二三极管Q2的基极与第一三极管Q1的基极的公共端、第一三极管Q1的集电极和第一电容C1的第一端均接地;
第二三极管Q2的发射极与第二电容C2的第一端相连;
第一电容C1的第二端、第一三极管Q1的发射极和第二电容C2的第二端分别接入偏置电流源;
第一开关S1并接于第一电容C1,第二开关S2并接于第二电容C2,切换开关S3用于使比较器U1的同相输入端接入第一电容C1的第二端或者第二电容C2的第二端,比较器U1的反相输入端接入第一三极管Q1的发射极;
数字处理器U2用于根据比较器U1的输出信号控制第一开关S1的开关状态、第二开关S2的开关状态以及切换开关S3的切换状态。
再进一步地,本发明实施例中,数字处理器U2用于在一个PWM信号周期内依次控制重置后的第一电容C1和第二电容C2进行充电;
PWM信号的周期tp为第一电容C1的充电时间t1与第二电容C2的充电时间t2之和,PWM信号的占空比D为第二电容C2的充电时间t2与PWM信号周期tp之比。
再进一步地,本发明实施例中,充电后的第一电容C1的第二端的节点电压VC1和充电后的第二电容C2的第二端的节点电压VC2均等于第一三极管Q1的基极与发射极之间的电压差VBE1
具体地,本发明实施例中,第一开关S1决定对第一电容C1充电或者放电:当第一开关S1闭合时,第一电容C1被短路,从而进行放电;当第一开关S1断开时,偏置电流Ibias和第一电容C1形成通路,偏置电流Ibias对第一电容C1进行充电。第一三极管Q1和第二三极管Q2分别产生电压VBE1和电压VBE2。第二开关S2用于重置第二电容C2:当第二开关S2闭合时,第二电容C2被短路,偏置电流Ibias直接流入第二三极管Q2;当第二开关S2断开时,偏置电流Ibias、第二电容C2和第二三极管Q2形成通路,偏置电流Ibias对第二电容C2进行充电。比较器U1根据切换开关S3的位置选择VC1或VC2与VBE1进行比较,产生一个输出电压Vout。数字处理器U2根据输出电压Vout的值来输出第一开关S1、第二开关S2和切换开关S3的控制信号。
同时重置第一电容C1和第二电容C2产生PWM信号,然后通过偏置电流Ibias对第一电容C1进行充电直到VC1=VBE1,最后通过偏置电流Ibias对第一电容C2进行充电直到VC2=VBE1
第一电容C1的充电时间t1和第二电容C2的充电时间t2的数学表达式如下:
t1=C1·VBE1/Ibias (1)
t2=C2·(VBE1-VBE2)/Ibias=C2·ΔVBE/Ibias (2)
PWM信号的周期tp为第一电容C1的充电时间t1与第二电容C2的充电时间t2之和:
PWM信号的占空比D为:
设TVBE1和TΔVBE分别表示VBE1和ΔVBE的温度系数,再选择电容比则有:
其中,VBG表示一个计算的带隙电压,它不是明确地用电路组件构造的。而ΔVBE与温度T的关系表达式为:
其中,n代表Q2的发射极面积是Q1的n倍,k表示玻尔兹曼常数,T表示绝对温度,q表示基本电荷。将式(6)代入式(5),可得:
从式(7)可看出,PWM信号的占空比与绝对温度成正比。
根据以上可知,延迟发生器不需要有电压温度系数的具体约束条件,只需要一个偏置电流就可以按照式(5)的要求来计算出电容比m的值。比如,当n=8,TVBE1≈-2mV/℃以及TΔVBE≈ln(n)·0.087mV/℃时,经过计算即可得到m≈11。当VBG≈1.2V,T∈[-40℃,125℃]时,D(T)的变化范围为38.6%到66%。而代表温度的数字代码可以通过使用计数器测量D(T)来获得。
再进一步地,为了实现系统级的协同优化,本发明实施例提出用电流控制振荡器来量化与温度相关的PWM信号,以提高温度传感器的精度。图4示出了本发明实施例的使用有效温度补偿参数优化的电流控制振荡器的电路原理图。参照图4,本发明实施例中,电流控制振荡器包括第一PMOS管MB、第二PMOS管MB2、第三PMOS管MB1、第四PMOS管M1、第五PMOS管M2、第六PMOS管M6、第七PMOS管M7、第一NMOS管M5、第二NMOS管M3、第三NMOS管M4以及第三电容C0
第一PMOS管MB的源极、第二PMOS管MB2的源极和第三PMOS管MB1的源极均接入VDD端,第一PMOS管MB的栅极同时与第二PMOS管MB2的栅极和第三PMOS管MB1的栅极相连,第一PMOS管MB的漏极接入偏置电流源,第二PMOS管MB2的漏极同时与第四PMOS管M1的源极和第五PMOS管M2的源极相连,第三PMOS管MB1的漏极同时与第六PMOS管M6的源极和第七PMOS管M7的源极相连;
第三电容C0的第一端同时与第四PMOS管M1的栅极、第四PMOS管M1的漏极、第一NMOS管M5的漏极和第七PMOS管M7的漏极相连;
第五PMOS管M2的漏极同时与第一NMOS管M5的栅极、第二NMOS管M3的栅极、第二NMOS管M3的漏极和第三NMOS管M4的栅极相连,第五PMOS管M2的栅极同时与第六PMOS管M6的栅极、第六PMOS管M6的漏极和第三NMOS管M4的漏极相连;
第三电容C0的第二端、第一NMOS管M5的源极、第二NMOS管M3的源极和第三NMOS管M4的源极均接地;
第七PMOS管M7的栅极接入参考电位点。
再进一步地,本发明实施例中,第二PMOS管MB2的漏极和第三PMOS管MB1的漏极的输出电流均为复制的偏置电流。
再进一步地,本发明实施例中,参考电位点为VDD端与电源地之间的电压中位点。
再进一步地,本发明实施例中,电流控制振荡器还包括参考电位点提供电路,参考电位点提供电路包括2N个PMOS管,2N个PMOS管串接在VDD端与电源地之间;
对于2N个PMOS管之中的任意两个相邻的PMOS管,在前的PMOS管的栅极和漏极均接入在后的PMOS管的源极;
第七PMOS管M7的栅极接入第N+1个PMOS管的源极。
再进一步地,本发明实施例中,振荡频率信号等于第三电容C0的充放电频率。
再进一步地,本发明实施例中,电流控制振荡器用于基于振荡频率信号量化PWM信号,以对PWM信号中的曲率进行补偿。
具体地,本发明实施例中,电流控制振荡器的核心是一个由M1、M2、M6和M7组成的高增益差分比较器。由MB、MB1和MB2组成的电流镜来复制偏置电流Ibias,从而为差分输入对M1、M2和输出对M6、M7提供电流。正反馈路径包含M6、M7、M1和M2,假设VCCO的电位升高,则流过M6的漏极电流减小,导致流过M7的漏极电流增大,迫使VQ的电位降低,使得流过M1的漏极电流增大,流过M2的漏极电流减小,使得VCCO的电位升高。该正反馈确保了VQ滞后于VCCO,从而使得VQ以一个振荡频率fCCO周期性地对第三电容C0充放电。当VQ即将超过VREF时,M2将电流引入由M3、M4和M5组成的电流镜中,从而使第三电容C0放电。电流IC将VQ降低到VQL,导通M1给C0充电,从而维持电流控制振荡器的振荡。
假设开关延迟可忽略不计,电流控制振荡器的振荡频率为:
其中,λ是M4的沟道长度调制系数,r是由M1~M5的尺寸所控制的常数。由于VBE的曲率导致式(7)中VBG的非线性,而偏置电流Ibias也存在同样的VBE曲率,因此可以通过用fCCO量化D(T)来补偿数字输出Dout的非线性。基于式(7),再加上VBG和Ibias中的非线性,Dout中的曲率将变成:
为了实现有效的曲率补偿,提高温度传感器的线性度,只需使:
本发明实施例的CMOS温度传感器,使用由二极管连接方式的BJT组成延迟发生电路,产生一个占空比与绝对温度成正比的PWM信号,而后又通过电流控制振荡器对PWM信号进行量化,补偿了温度传感器的输出信号中固有的VBE非线性,从而达到高精度的目的。
本发明实施例的CMOS温度传感器,没有使用反相器,而是利用三极管来组成延迟发生器,从而避免了反相器引入的非线性问题。另外,本发明实施例的CMOS温度传感器没有使用理想的时钟信号,而是利用电流控制振荡器来补偿温度传感器的输出信号中的非线性,进一步提高了温度传感器的精度。最后,与现有时域CMOS温度传感器因SAR控制逻辑模块由十个多输入移位寄存器组成而导致自身电路结构复杂相比,本发明实施例的CMOS温度传感器没有采用过于复杂的电路结构,易于实现,功能完备。
虽然以上对本发明的一个或者多个实施方式进行了描述,但是本领域的普通技术人员应当知晓,本发明能够在不偏离其主旨与范围的基础上通过任意的其他的形式得以实施。因此,以上描述的实施方式属于示意性的而非限制性的,在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下,对于本技术领域的普通技术人员而言许多修改和替换均具有显而易见性。

Claims (10)

1.一种CMOS温度传感器,其特征在于,包括:
基于三极管的延迟发生器,用于响应于输入的偏置电流输出占空比与温度成正比的PWM信号;
电流控制振荡器,用于生成振荡频率信号,并基于所述振荡频率信号对所述PWM信号进行非线性补偿;
时间数字转换器,用于将非线性补偿后的PWM信号的占空比转换为数字代码。
2.根据权利要求1所述的CMOS温度传感器,其特征在于,所述延迟发生器包括比较器、数字处理器、第一三极管、第二三极管、第一电容、第二电容、第一开关、第二开关和切换开关;
所述第一三极管和所述第二三极管均为PNP型三极管;
所述第二三极管的集电极、所述第二三极管的基极与所述第一三极管的基极的公共端、所述第一三极管的集电极和所述第一电容的第一端均接地;
所述第二三极管的发射极与所述第二电容的第一端相连;
所述第一电容的第二端、所述第一三极管的发射极和所述第二电容的第二端分别接入偏置电流源;
所述第一开关并接于所述第一电容,所述第二开关并接于所述第二电容,所述切换开关用于使所述比较器的同相输入端接入所述第一电容的第二端或者所述第二电容的第二端,所述比较器的反相输入端接入所述第一三极管的发射极;
所述数字处理器用于根据所述比较器的输出信号控制所述第一开关的开关状态、所述第二开关的开关状态以及所述切换开关的切换状态。
3.根据权利要求2所述的CMOS温度传感器,其特征在于,所述数字处理器用于在一个PWM信号周期内依次控制重置后的第一电容和第二电容进行充电;
所述PWM信号的周期为所述第一电容的充电时间与所述第二电容的充电时间之和,所述PWM信号的占空比为所述第二电容的充电时间与PWM信号周期之比。
4.根据权利要求3所述的CMOS温度传感器,其特征在于,充电后的第一电容的第二端的节点电压和充电后的第二电容的第二端的节点电压均等于所述第一三极管的基极与发射极之间的电压差。
5.根据权利要求1所述的CMOS温度传感器,其特征在于,所述电流控制振荡器包括第一PMOS管至第七PMOS管、第一NMOS管至第三NMOS管以及第三电容;
所述第一PMOS管的源极、所述第二PMOS管的源极和所述第三PMOS管的源极均接入VDD端,所述第一PMOS管的栅极同时与所述第二PMOS管的栅极和所述第三PMOS管的栅极相连,所述第一PMOS管的漏极接入偏置电流源,所述第二PMOS管的漏极同时与所述第四PMOS管的源极和所述第五PMOS管的源极相连,所述第三PMOS管的漏极同时与所述第六PMOS管的源极和所述第七PMOS管的源极相连;
所述第三电容的第一端同时与所述第四PMOS管的栅极、所述第四PMOS管的漏极、所述第一NMOS管的漏极和所述第七PMOS管的漏极相连;
所述第五PMOS管的漏极同时与所述第一NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的漏极和所述第三NMOS管的栅极相连,所述第五PMOS管的栅极同时与所述第六PMOS管的栅极、所述第六PMOS管的漏极和所述第三NMOS管的漏极相连;
所述第三电容的第二端、所述第一NMOS管的源极、所述第二NMOS管的源极和所述第三NMOS管的源极均接地;
所述第七PMOS管的栅极接入参考电位点。
6.根据权利要求5所述的CMOS温度传感器,其特征在于,所述第二PMOS管的漏极和所述第三PMOS管的漏极的输出电流均为复制的偏置电流。
7.根据权利要求6所述的CMOS温度传感器,其特征在于,所述参考电位点为所述VDD端与电源地之间的电压中位点。
8.根据权利要求7所述的CMOS温度传感器,其特征在于,所述电流控制振荡器还包括参考电位点提供电路,所述参考电位点提供电路包括2N个PMOS管,所述2N个PMOS管串接在所述VDD端与电源地之间;
对于所述2N个PMOS管之中的任意两个相邻的PMOS管,在前的PMOS管的栅极和漏极均接入在后的PMOS管的源极;
所述第七PMOS管的栅极接入第N+1个PMOS管的源极。
9.根据权利要求8所述的CMOS温度传感器,其特征在于,所述振荡频率信号等于所述第三电容的充放电频率。
10.根据权利要求9所述的CMOS温度传感器,其特征在于,所述电流控制振荡器用于基于所述振荡频率信号量化所述PWM信号,以对所述PWM信号中的曲率进行补偿。
CN202310441352.XA 2023-04-20 2023-04-20 一种cmos温度传感器 Pending CN116448265A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310441352.XA CN116448265A (zh) 2023-04-20 2023-04-20 一种cmos温度传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310441352.XA CN116448265A (zh) 2023-04-20 2023-04-20 一种cmos温度传感器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116448265A true CN116448265A (zh) 2023-07-18

Family

ID=87135476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310441352.XA Pending CN116448265A (zh) 2023-04-20 2023-04-20 一种cmos温度传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116448265A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102486414B (zh) 温度传感器电路
CN101931211B (zh) 过热保护电路以及电源用集成电路
US10473530B2 (en) Apparatus and method for generating temperature-indicating signal using correlated-oscillators
CN111371433B (zh) 一种可重构的全数字温度传感器及其应用
CN101769798B (zh) 一种温度检测系统
US20130272341A1 (en) Temperature sensor and temperature measurement method thereof
US10788376B2 (en) Apparatus for sensing temperature in electronic circuitry and associated methods
US11233503B2 (en) Temperature sensors and methods of use
US20160069939A1 (en) Low power small area oscillator-based adc
JP5185772B2 (ja) Pdm出力型温度センサ
CN104807551A (zh) 一种应用于计量电表中的温度传感器及其温度修调方法
CN108106747B (zh) 一种基于电容数字转换器的温度传感器
CN104833437B (zh) 一种应用于数字式cmos温度传感的脉宽信号产生电路
CN116448265A (zh) 一种cmos温度传感器
CN105181052B (zh) 一种热式流量传感器电路及信号处理方法
CN114397037B (zh) Cmos温度感应电路及温度传感器
Calvo et al. A full-scale CMOS voltage-to-frequency converter for WSN signal conditioning
Tan et al. A low-voltage low-power CMOS time-domain temperature sensor accurate to within [− 0.1,+ 0.5]° C From− 40° C To 125° C
Zhai et al. A low power BJT-based CMOS temperature sensor using dynamic-distributing-bias circuit
Sha et al. 1.81 khz relaxation oscillator with forward bias comparator and leakage current compensation based techniques
Liu et al. A Time-Domain CMOS Temperature Sensor Using Gated Ring Oscillator With Linearity Optimization
Pang et al. An Ultra-Low Power Time-Domain Temperature Sensor for IoT Applications
Stadelmayer et al. A 0.5-V 180-nm CMOS Switched-Capacitor Temperature Sensor With 319 nJ/measurement
CN217466013U (zh) 温度传感器的增益调节电路及温度传感器
US20230134106A1 (en) Temperature sensor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination