CN116989916A - 一种温度传感器芯片ate校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度传感器芯片ATE校准方法，包括：测试温度传感器芯片，获取三极管导通电压ΔVBE与温度的非线性曲线；选择N+1个温度点，将非线性曲线分成N段；将N段非线性曲线拟合为N段线性曲线，并计算每段线性曲线的斜率；ATE将烧录数据烧录到温度传感器芯片中；所述烧录数据包括N段线性曲线斜率、N+1个温度点及对应的三极管导通电压ΔVBE；温度传感器芯片测量温度时获取三极管导通电压ΔVBE，并根据烧录数据计算得到校准温度。本发明通过将非线性曲线拟合为线性曲线来计算的校准温度，保证了温度传感器芯片的测温精度，并且使得温度传感器芯片的量产校准仅需通过ATE烧录一次，简易高效，保证了封测效率。

Description

一种温度传感器芯片ATE校准方法

技术领域

本发明涉及ATE（Automatic Test Equipment，自动测试设备）的温度校准技术领域，具体而言，涉及一种温度传感器芯片ATE校准方法。

背景技术

温度传感器芯片被广泛应用于服务器、笔记本电脑、固态硬盘等电子设备，用以满足电子设备温度检测要求。温度传感器芯片一般具有温度范围广、精度高、误差小、功耗低、数据交互方便等特点，其中“精度高、误差小”，是衡量温度传感器芯片性能最重要的指标。温度传感器芯片大多通过三极管的导通电压ΔVBE的线性曲线来进行温度测量，然而在温度传感器芯片制造过程中，Early效应（基区宽度调制效应）、大电流注入、基区和集电极的不可忽略电阻等原因，以及温度传感器芯片应用过程中，ADC（模数转换模块）的非线性误差等，不可避免的引入非线性误差，从而导致温度计算偏离线性值，近一步导致温度偏差。因此如何在温度传感器芯片实际应用前，对其进行温度校准，保证精度、减小误差，成为温度传感器芯片封测的重中之重。在温度传感器芯片的封测流程中，ATE搭载的设备，如Prober（探针台）/Handler（机械手）很难达到精准的环境温度控制，从而使得温度校准难度较大，如何在有限的ATE环境中进行温度校准，成为了难题。

发明内容

本发明旨在提供一种温度传感器芯片ATE校准方法，以解决目前较难在ATE环境中进行温度校准的问题。

本发明提供的一种温度传感器芯片ATE校准方法，包括如下步骤：

测试温度传感器芯片，获取三极管导通电压ΔVBE与温度的非线性曲线；

从温度传感器芯片的测温范围选择N+1个温度点，从而将非线性曲线分成N段；对N段非线性曲线进行线性拟合，得到拟合的N段线性曲线，并计算每段线性曲线的斜率；

ATE将烧录数据烧录到温度传感器芯片中；所述烧录数据包括N段线性曲线斜率、N+1个温度点以及与N+1个温度点对应的三极管导通电压ΔVBE；

温度传感器芯片测量温度时获取三极管导通电压ΔVBE，并根据烧录数据计算得到校准温度。

进一步的，根据温度传感器的测量精度要求确定N的取值，以及每段非线性曲线和线性曲线的温度范围。

进一步的，温度传感器的测量精度要求越高时：

N的取值越大；

和/或，选择一段或多段非线性曲线和线性曲线的温度范围更小。

进一步的，每段线性曲线的斜率为：

K=(V_end-V_start)/(T_end-T_start)

其中，K表示线性曲线的斜率；T_start表示线性曲线对应温度范围的最小值，T_end表示线性曲线对应温度范围的最大值；V_start表示T_start对应的三极管导通电压ΔVBE，V_end表示T_end对应的三极管导通电压ΔVBE。

进一步的，所述根据烧录数据计算得到校准温度包括：

判定获取的三极管导通电压ΔVBE所属的线性曲线；

根据预设的温度计算公式计算校准温度，所述温度计算公式表示为：

Tx=(Vx-V_start)*K+T_start

其中，Tx表示计算得到的校准温度；Vx表示获取的三极管导通电压ΔVBE。

进一步的，所述ATE将烧录数据烧录到温度传感器芯片中包括：

将烧录数据对应到温度传感器芯片的烧录模块寄存器；

按照温度传感器芯片的通信协议，将烧录数据转换为ATE测试向量；

ATE采用运行测试向量的形式，将烧录数据烧录到温度传感器芯片的烧录模块寄存器中。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过将非线性曲线拟合为线性曲线来计算的校准温度，保证了温度传感器芯片的测温精度，并且使得温度传感器芯片的量产校准仅需通过ATE烧录一次，简易高效，保证了封测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中温度传感器芯片ATE校准方法的流程图。

图2为本发明实施例中三极管导通电压ΔVBE与温度的非线性曲线与理想情况的对比图。

图3为本发明实施例中线性拟合计算斜率的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本实施例提出一种温度传感器芯片ATE校准方法，包括如下步骤：

S1，测试温度传感器芯片，获取三极管导通电压ΔVBE与温度的非线性曲线；

在温度传感器芯片利用三极管导通电压ΔVBE来做温度测量的时候，常用三极管的一阶近似模型，但真实情况下，三极管的二阶模型，包括Early效应、大电流注入、基区和集电极的不可忽略电阻以及电流增益变化等因素，会引起三极管导通电压ΔVBE的非线性变化，此外在ADC模块量化的过程中，由于ADC模块的非线性性质，也会引起测量的非线性。在实验室中测试温度传感器芯片，将温度传感器置于恒温环境中，获取不同温度点对应的三极管导通电压ΔVBE，最终得到如图2所示的非线性曲线，其与理想情况的线性曲线区别较大。

S2，从温度传感器芯片的测温范围选择N+1个温度点，从而将非线性曲线分成N段；对N段非线性曲线进行线性拟合，得到拟合的N段线性曲线，并计算每段线性曲线的斜率；

虽然在温度传感器芯片的整个测温范围内曲线是非线性的，但是缩小温度的检测范围，就可以认为在这个小范围内曲线是线性的。这样用一个特定斜率的曲线就可以拟合这个温度范围内的值。至于缩小温度到多小的范围，则取决于对温度测量精度的要求。也即是说，根据温度传感器的测量精度要求确定N的取值，以及每段非线性曲线和线性曲线的温度范围。如温度传感器的测量精度要求越高时：

一方面可以选择设定N的取值越大，当N的取值越大，说明分段越多，则每段非线性曲线和线性曲线的温度范围都会更小；

另一方面，可以选择一段或多段非线性曲线和线性曲线的温度范围更小。例如如果温度范围为T1~T2的测量精度要求高，那么T1~T2的温度范围就需要取得小一点，如果T4~T5温度范围的测量精度要求不高，那么T4~T5的温度范围就可以取得大一点。

在每段曲线范围内，温度T和三极管导通电压ΔVBE的曲线关系满足线性函数的关系：

T=K*ΔVBE+b

这样，对每一段线性曲线，都存在一个斜率系数K和偏移量b，这些斜率K和偏移量b可以根据测量的温度点以及对应的三极管导通电压ΔVBE进行计算。例如，我们对温度传感器芯片的测温范围-40⁰C~125⁰C做6段校准，要求在75⁰C~95⁰C的精度高一点，那么可以取值N=6，选择温度点并测量对应的三极管导通电压ΔVBE，如表1所示。

表1：

然后如图3所示，计算出每段线性曲线的斜率K和偏移量b：

K=(V_end-V_start)/(T_end-T_start)

b=V_start–K*T_start

其中，K表示线性曲线的斜率；T_start表示线性曲线对应温度范围的最小值，T_end表示线性曲线对应温度范围的最大值；V_start表示T_start对应的三极管导通电压ΔVBE，V_end表示T_end对应的三极管导通电压ΔVBE。本实施例中，对于校准温度，偏移量b是可选项。

6段线性曲线的斜率如表2所示。

表2：

S3，ATE将烧录数据烧录到温度传感器芯片中；所述烧录数据包括N段线性曲线斜率、N+1个温度点以及与N+1个温度点对应的三极管导通电压ΔVBE；

温度传感器芯片具有烧录模块（EFUSE模块），所述烧录模块中存在寄存器，用于存储烧录数据。由于ATE搭载的设备，如Prober/Handler很难达到精准的环境温度控制，因此，本实施例中将烧录数据通过ATE测试向量（ATE Pattern）的形式进行烧录，具体包括：

S31，将烧录数据对应到温度传感器芯片的烧录模块寄存器，如表3所示。

表3：

S32，按照温度传感器芯片的通信协议，例如I2C、I3C、SPI等，将烧录数据转换为ATE测试向量，可以通过开发脚本或手动进行转换，数据量较小，通过手工编写脚本的一个示例如下：

HEADERDB15,%DB14,DB13,DB12,DB11,%DB10,%DB9,%DB8,DB7,DB6,DB5,%DB4,DB3,%DB2,DB1,DB0,

%CS,RD_WR,RESET,SYNC,DRDY;

SPM_PATTERN(fun_78_125K)

{

/* D DDDD D D DDDD DD DDD CRRSD */

/* B BBBB B B BBBB BB BBB SDEYR */

/* 1 1111 1 9 8765 43 210|SND */

/* 5 4321 0WECY */

/*RT*/

st:* X XXXX X X XXXX XX XXX 1001X* TS1;//Register Write init

* X XXXX X X XXXX XX XXX 1001X* RPT 49;

* 0 0000 0 0 0000 00 000 1111X* ;

* 0 0000 0 0 0000 00 000 1111X* ;

* 0 0000 0 0 0000 00 000 1111X* RPT 98;

* 0 0000 0 0 0000 00 010 1111X* RPT 10;//address

* 0 0000 0 0 0000 00 0LH 0111X* RPT 120;//addresscs=0

* 0 0000 0 0 0000 00 010 1111X* RPT 40;//cs=1

* 0 0000 0 0 0000 00 010 1111X* RPT 80;//cs=1

* 0 0000 0 0 0000 00 010 0111X* RPT 120;//Datacs=0

* 0 0000 0 0 0000 00 000 1111X* RPT 10;

//---------------------------------------------

* 0 0000 0 0 0000 00 000 1111X* RPT 100;//Set Sample rate&Filter

* 0 0000 0 0 0000 00 001 1111X* RPT 10;//Write 0x01

* 0 0000 0 0 0000 00 001 0111X* RPT 120;//Write 0x01 cs=0

S33，ATE采用运行测试向量的形式，将烧录数据烧录到温度传感器芯片的烧录模块寄存器中，由此，无需复杂烧录过程，烧录一次，即可完成对温度传感器芯片的校准。

S4，温度传感器芯片测量温度时获取三极管导通电压ΔVBE，并根据烧录数据计算得到校准温度，如图3所示，具体包括：

S41，判定获取的三极管导通电压ΔVBE所属的线性曲线；

S42，根据预设的温度计算公式计算校准温度，所述温度计算公式表示为：

Tx=(Vx-V_start)*K+T_start=(Vx-V_start)*(V_end-V_start)/(T_end-T_start)+T_start

其中，Tx表示计算得到的校准温度；Vx表示获取的三极管导通电压ΔVBE。此时，T_start即获取的三极管导通电压ΔVBE所属的线性曲线对应温度范围的最小值，V_start表示T_start对应的三极管导通电压ΔVBE，T_end表示获取的三极管导通电压ΔVBE所属的线性曲线对应温度范围的最大值；V_end表示T_end对应的三极管导通电压ΔVBE。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种温度传感器芯片ATE校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

测试温度传感器芯片，获取三极管导通电压ΔVBE与温度的非线性曲线；

从温度传感器芯片的测温范围选择N+1个温度点，从而将非线性曲线分成N段；对N段非线性曲线进行线性拟合，得到拟合的N段线性曲线，并计算每段线性曲线的斜率；

ATE将烧录数据烧录到温度传感器芯片中；所述烧录数据包括N段线性曲线斜率、N+1个温度点以及与N+1个温度点对应的三极管导通电压ΔVBE；

温度传感器芯片测量温度时获取三极管导通电压ΔVBE，并根据烧录数据计算得到校准温度。

2.根据权利要求1所述的温度传感器芯片ATE校准方法，其特征在于，根据温度传感器的测量精度要求确定N的取值，以及每段非线性曲线和线性曲线的温度范围。

3.根据权利要求2所述的温度传感器芯片ATE校准方法，其特征在于，温度传感器的测量精度要求越高时：

N的取值越大；

和/或，选择一段或多段非线性曲线和线性曲线的温度范围更小。

4.根据权利要求1所述的温度传感器芯片ATE校准方法，其特征在于，每段线性曲线的斜率为：

K=(V_end-V_start)/(T_end-T_start)

其中，K表示线性曲线的斜率；T_start表示线性曲线对应温度范围的最小值，T_end表示线性曲线对应温度范围的最大值；V_start表示T_start对应的三极管导通电压ΔVBE，V_end表示T_end对应的三极管导通电压ΔVBE。

5.根据权利要求4所述的温度传感器芯片ATE校准方法，其特征在于，所述根据烧录数据计算得到校准温度包括：

判定获取的三极管导通电压ΔVBE所属的线性曲线；

根据预设的温度计算公式计算校准温度，所述温度计算公式表示为：

Tx=(Vx-V_start)*K+T_start

其中，Tx表示计算得到的校准温度；Vx表示获取的三极管导通电压ΔVBE。

6.根据权利要求4所述的温度传感器芯片ATE校准方法，其特征在于，所述ATE将烧录数据烧录到温度传感器芯片中包括：

将烧录数据对应到温度传感器芯片的烧录模块寄存器；

按照温度传感器芯片的通信协议，将烧录数据转换为ATE测试向量；

ATE采用运行测试向量的形式，将烧录数据烧录到温度传感器芯片的烧录模块寄存器中。