CN207114045U - 一种负温度系数可调温度传感芯片 - Google Patents

Abstract

一种负温度系数可调温度传感芯片包括负温度系数传感电路、补偿电路、时钟电路、逻辑控制电路、模数转换电路、串行接口电路和存储单元；所述负温度系数传感电路输出电压随感应温度的上升而线性下降；所述模数转换电路与所述负温度系数传感电路连接，将负温度系数传感电路的输出进行模拟量到数字量的转变，提高输出的抗噪声能力；本实用新型为半导体负温度系数可调温度传感芯片，将负温度系数传感电路和其补偿电路、模数转换电路、串行接口电路等同时集成在一块芯片上，同时终端应用客户可通过串行接口电路和存储单元对芯片的负温度系数进行修调，实现成品一致性好、测量精确、高度集成的应用特点。

Description

一种负温度系数可调温度传感芯片

技术领域

本实用新型涉及一种传感芯片，特别提供一种负温度系数可调温度传感芯片。

背景技术

传统的温度传感器一般采用热电偶、铂电阻、双金属开关等器件，受到封装体积的影响，不利于集成，不利于产品的小型化。另外传统的单片集成的硅基温度传感器芯片，在生产的过程由于工艺漂移、封装应力等因素的影响，成品的温度系数会有波动，产品的一致性较差。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种成品一致性好、测量精确、高度集成的负温度系数可调温度传感芯片。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种负温度系数可调温度传感芯片，包括负温度系数传感电路、补偿电路、时钟电路、逻辑控制电路、模数转换电路、串行接口电路和存储单元；所述负温度系数传感电路输出电压随感应温度的上升而线性下降；所述补偿电路与所述负温度系数传感电路连接，对影响温度感应精度的因素分别进行补偿或消除；所述模数转换电路与所述负温度系数传感电路连接，将负温度系数传感电路的输出进行模拟量到数字量的转变，提高输出的抗噪声能力；所述时钟电路为芯片内部提供时钟信号，与所述逻辑控制电路和模数转换电路连接；所述逻辑控制电路为芯片内部提供逻辑控制信号，与所述串行接口电路和模数转换电路连接；所述串行接口电路输入端与所述模数转换电路的输出端连接，作为芯片与外部信号的通讯接口，它将反映温度信息的传感量进行输出；所述存储单元输入端与所述串行接口电路连接，客户通过串行接口电路的两个端口，将需要输出的负温度系数的选择信号和需要调整的负温度系数幅度存储于该单元，存储单元输出端与所述负温度系数传感电路连接，实现对负温度系数传感电路进行修调，调整芯片的温度系数功能。

进一步，所述负温度系数传感电路包括电源、启动电路、负温度系数电压产生电路和电压跟随电路I0；所述电源与所述启动电路和负温度系数电压产生电路相连，用于供电；所述启动电路包括第一P型场效应管MP1、第二P型场效应管MP2，第一N型场效应管MN1、第二N型场效应管MN2和二极管D1，与所述负温度系数电压产生电路相连，在电源电压上电初始时，为负温度系数电压产生电路提供初始电流；所述负温度系数电压产生电路包括第三P型场效应管MP3、第四P型场效应管MP4、第五P型场效应管MP5，第一三极管Q1、第二三极管Q2，电阻R1和修调电阻阵列Rtrim；所述电压跟随电路I0与所述负温度系数电压产生电路相连，用于增强驱动带载能力。

进一步，所述第一P型场效应管MP1的漏极接所述电源，栅极与接地信号相连，源极分别与所述第一N型场效应管MN1的漏极和二极管D1的正极相连；所述第二P型场效应管MP2的漏极接所述电源，栅极分别与所述第三P型场效应管MP3、第四P型场效应管MP4 和第五P型场效应管MP5的栅极相连，源极与所述第二N型场效应管MN2的漏极相连；所述第一N型场效应管MN1的漏极分别与所述第一P型场效应管MP1的源极和二极管D1的正极相连，栅极与所述第二N型场效应管MN2的栅极相连，源极与接地信号相连；所述第二N型场效应管MN2的漏极接所述第二P型场效应管MP2的源极，栅极与所述第一N型场效应管MN1的栅极相连，源极与接地信号相连，且漏极与栅极两端直接相连；所述二极管 D1的正极分别与所述第一P型场效应管MP1的源极和第一N型场效应管MN1的漏极相连，负极分别与所述第四P型场效应管MP4的源极、第一三极管Q1基极和第二三极管Q2的集电极相连；所述第三P型场效应管MP3的漏极与所述电源相连，栅极分别与所述第二P型场效应管MP2、第四P型场效应管MP4、第五P型场效应管MP5的栅极相连，源极与所述第一三极管Q1的集电极相连，且栅极与源极两端直接相连；所述第四P型场效应管MP4的漏极与所述电源相连，栅极分别与所述第二P型场效应管MP2、第三P型场效应管MP3、第五 P型场效应管MP5的栅极相连，源极分别与所述二极管D1的负极、第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的集电极相连；所述第五P型场效应管MP5的漏极与所述电源相连，栅极分别与所述第二P型场效应管MP2、第三P型场效应管MP3、第四P型场效应管MP4的栅极相连，源极分别与所述修调电阻阵列Rtrim的一端和电压跟随电路I0的正输入端相连；所述第一三极管Q1的集电极与所述第三P型场效应管MP3的源极相连，基地分别与所述第四 P型场效应管MP24的源极、二极管D21的负极和第二三极管Q22的集电极相连，发射极分别与所述电阻R21的一端和第二三极管Q22的基极相连；所述第二三极管Q22的集电极分别与所述第四P型场效应管MP4的源极、二极管D1的负极和第一三极管Q1的基极相连，基极分别与所述的第一三极管Q1的发射极和电阻R1的一端相连，发射极与接地信号相连；所述电阻R1的一端分别与所述第一三极管Q1的发射极和第二三极管Q2的基极相连，另一端与接地信号相连；所述修调电阻阵列Rtrim的一端分别与所述第五P型场效应管MP5的源极和电压跟随电路I0的正输入端相连，另一端与接地信号相连。

进一步，所述电阻R1和修调电阻阵列Rtrim为相同类型电阻，并严格匹配。

进一步，所述负温度系数温度传感电路的修调电阻阵列Rtrim包括初始电阻Rint、同类型匹配修调电阻R、2R、4R、8R、16R和开关K1、K2、K3、K4、K5，由所述电阻R、2R、4R、8R、16R与所述开关K1、K2、K3、K4、K5一一对应串联后，分别与所述初始电阻Rint 并联而成。

本实用新型的有益效果是：本实用新型为半导体负温度系数可调温度传感芯片，将负温度系数传感电路和其补偿电路、模数转换电路、串行接口电路等同时集成在一块芯片上，同时终端应用客户可通过串行接口电路和存储单元对芯片的负温度系数进行修调，实现成品一致性好、测量精确、高度集成的应用特点。

附图说明

图1为本实用新型负温度系数可调温度传感芯片架构图；图2为本实用新型负温度系数温度传感电路的电路图；图3为本实用新型修调电阻阵列的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的具体实施方式。

如图所示，一种负温度系数可调温度传感芯片，包括负温度系数传感电路、补偿电路、时钟电路、逻辑控制电路、模数转换电路、串行接口电路和存储单元；所述负温度系数传感电路输出电压随感应温度的上升而线性下降；所述补偿电路与所述负温度系数传感电路连接，对负温度系数感应电路的工艺漂移，电压波动，内部噪声，封装应力等影响温度感应精度的因素进行补偿；所述模数转换电路与所述负温度系数传感电路连接，将负温度系数传感电路的输出进行模拟量到数字量的转变，提高输出的抗噪声能力；所述时钟电路为芯片内部提供时钟信号，与所述逻辑控制电路和模数转换电路连接；所述逻辑控制电路为芯片内部提供逻辑控制信号，与所述串行接口电路和模数转换电路连接；所述串行接口电路输入端与所述模数转换电路的输出端连接，作为芯片与外部信号的通讯接口，它将反映温度信息的传感量进行输出；所述存储单元输入端与所述串行接口电路连接，客户通过串行接口电路的两个端口，将需要输出的负温度系数的选择信号和需要调整的负温度系数幅度存储于该单元，存储单元输出端与所述负温度系数传感电路连接，实现对负温度系数传感电路进行修调，调整芯片的温度系数功能。

所述负温度系数传感电路包括电源、启动电路、负温度系数电压产生电路和电压跟随电路I0；所述电源与所述启动电路和负温度系数电压产生电路相连，用于供电；所述启动电路包括第一P型场效应管MP1、第二P型场效应管MP2，第一N型场效应管MN1、第二N 型场效应管MN2和二极管D1，与所述负温度系数电压产生电路相连，在电源电压上电初始时，为负温度系数电压产生电路提供初始电流；所述负温度系数电压产生电路包括第三P型场效应管MP3、第四P型场效应管MP4、第五P型场效应管MP5，第一三极管Q1、第二三极管Q2，电阻R1和修调电阻阵列Rtrim；所述电压跟随电路I0与所述负温度系数电压产生电路相连，用于增强驱动带载能力。

所述第一P型场效应管MP1的漏极接所述电源，栅极与接地信号相连，源极分别与所述第一N型场效应管MN1的漏极和二极管D1的正极相连；所述第二P型场效应管MP2 的漏极接所述电源，栅极分别与所述第三P型场效应管MP3、第四P型场效应管MP4和第五P型场效应管MP5的栅极相连，源极与所述第二N型场效应管MN2的漏极相连；所述第一N型场效应管MN1的漏极分别与所述第一P型场效应管MP1的源极和二极管D1的正极相连，栅极与所述第二N型场效应管MN2的栅极相连，源极与接地信号相连；所述第二N 型场效应管MN2的漏极接所述第二P型场效应管MP2的源极，栅极与所述第一N型场效应管MN1的栅极相连，源极与接地信号相连，且漏极与栅极两端直接相连；所述二极管D1的正极分别与所述第一P型场效应管MP1的源极和第一N型场效应管MN1的漏极相连，负极分别与所述第四P型场效应管MP4的源极、第一三极管Q1基极和第二三极管Q2的集电极相连；所述第三P型场效应管MP3的漏极与所述电源相连，栅极分别与所述第二P型场效应管MP2、第四P型场效应管MP4、第五P型场效应管MP5的栅极相连，源极与所述第一三极管Q1的集电极相连，且栅极与源极两端直接相连；所述第四P型场效应管MP4的漏极与所述电源相连，栅极分别与所述第二P型场效应管MP2、第三P型场效应管MP3、第五P型场效应管MP5的栅极相连，源极分别与所述二极管D1的负极、第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的集电极相连；所述第五P型场效应管MP5的漏极与所述电源相连，栅极分别与所述第二P型场效应管MP2、第三P型场效应管MP3、第四P型场效应管MP4的栅极相连，源极分别与所述修调电阻阵列Rtrim的一端和电压跟随电路I0的正输入端相连；所述第一三极管Q1的集电极与所述第三P型场效应管MP3的源极相连，基地分别与所述第四P型场效应管MP24的源极、二极管D21的负极和第二三极管Q22的集电极相连，发射极分别与所述电阻R21的一端和第二三极管Q22的基极相连；所述第二三极管Q22的集电极分别与所述第四P型场效应管MP4的源极、二极管D1的负极和第一三极管Q1的基极相连，基极分别与所述的第一三极管Q1的发射极和电阻R1的一端相连，发射极与接地信号相连；所述电阻R1的一端分别与所述第一三极管Q1的发射极和第二三极管Q2的基极相连，另一端与接地信号相连；所述修调电阻阵列Rtrim的一端分别与所述第五P型场效应管MP5的源极和电压跟随电路I0的正输入端相连，另一端与接地信号相连。

所述电阻R1和修调电阻阵列Rtrim为相同类型电阻，并严格匹配。

所述负温度系数温度传感电路的修调电阻阵列Rtrim包括初始电阻Rint、同类型匹配修调电阻R、2R、4R、8R、16R和开关K1、K2、K3、K4、K5，由所述电阻R、2R、4R、8R、16R与所述开关K1、K2、K3、K4、K5一一对应串联后，分别与所述初始电阻Rint并联而成。

在启动电路部分，第一P型场效应管MP1和二极管D1在电源电压VDD上电初始时，为第一三极管Q1、电阻R1提供初始电流，当电源电压VDD上电过程结束后，第三P型场效应管MP3提供稳定的偏置电流，第二P型场效应管MP2和第三P型场效应管MP3构成电流镜的关系，第一N型场效应管MN1和第二N型场效应管MN2也构成电流镜的关系，由于P型场效应管的宽长比远小于N型场效应管的宽长比，因此第一N场效应管MN1的漏端电位即二极管D1的阳极电位被拉低到接近GND的电平，二极管D1截止，所以启动电路脱离负温度系数电压产生电路部分，从而完成该电路的启动过程。

负温度系数电压产生电路部分：P型场效应管MP3、MP4、MP5，三极管Q1、Q2，相同类型电阻R1、Rtrim(修调电阻阵列)构成负温度系数温度传感电路的主体电路。第三P 型场效应管MP3的电流由以下式子决定：

其中V_beQ2为第二三极管Q2基极和发射极正向导通电压。

第三P型场效应管MP3和第五P型场效应管MP5构成电流镜，因此两者的漏端电流成比例关系：

I_d(MP5)＝N*I_d(MP3)………………………………………………(2)

N为第五P型场效应管MP5与第三P型场效应管MP3的宽长比的比例系数。

电压跟随电路I0的正负输入端均为P型场效应管制作，其输入输出电流近似为零，因此流经修调电阻阵列Rtrim的电流即为第五P型场效应管MP5漏端的电流。电压跟随电路的正输入端的电压为：

该电压通过电压跟随电路的输出，增强其驱动带载能力：

其中，电阻R1和修调电阻阵列Rtrim为相同类型电阻，并严格匹配，其温度系数相互抵消， V_beQ2为负温度系数电压，因此最终电路的输出Vout为负温度系数。

修调电阻阵列如图3所示，K1～K5为开关信号，H代表高电平，表示开关导通，L 代表低电平，表示开关断开，Rint为初始电阻，R、2R、4R、8R、16R为阻值2倍递增同类型匹配修调电阻，因此修调电阻阵列的总电阻为：

Rtrim＝Rint+K1*R+K2*2R+K3*4R+K4*8R+K5*16R

整体芯片为微功耗设计，消耗的电流在芯片产生的温升可忽略，减小了自身电路对温度传感电路温度测试的影响，提高了温度测试的精度。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种负温度系数可调温度传感芯片，其特征在于：包括负温度系数传感电路、补偿电路、时钟电路、逻辑控制电路、模数转换电路、串行接口电路和存储单元；所述负温度系数传感电路输出电压随感应温度的上升而线性下降；所述补偿电路与所述负温度系数传感电路连接，对影响温度感应精度的因素分别进行补偿或消除；所述模数转换电路与所述负温度系数传感电路连接，将负温度系数传感电路的输出进行模拟量到数字量的转变，提高输出的抗噪声能力；所述时钟电路为芯片内部提供时钟信号，与所述逻辑控制电路和模数转换电路连接；所述逻辑控制电路为芯片内部提供逻辑控制信号，与所述串行接口电路和模数转换电路连接；所述串行接口电路输入端与所述模数转换电路的输出端连接，作为芯片与外部信号的通讯接口，它将反映温度信息的传感量进行输出；所述存储单元输入端与所述串行接口电路连接，客户通过串行接口电路的两个端口，将需要输出的负温度系数的选择信号和需要调整的负温度系数幅度存储于该单元，存储单元输出端与所述负温度系数传感电路连接，实现对负温度系数传感电路进行修调，调整芯片的温度系数功能。

2.根据权利要求1所述的一种负温度系数可调温度传感芯片，其特征在于：所述负温度系数传感电路包括电源、启动电路、负温度系数电压产生电路和电压跟随电路I0；所述电源与所述启动电路和负温度系数电压产生电路相连，用于供电；所述启动电路包括第一P型场效应管MP1、第二P型场效应管MP2，第一N型场效应管MN1、第二N型场效应管MN2和二极管D1，与所述负温度系数电压产生电路相连，在电源电压上电初始时，为负温度系数电压产生电路提供初始电流；所述负温度系数电压产生电路包括第三P型场效应管MP3、第四P型场效应管MP4、第五P型场效应管MP5，第一三极管Q1、第二三极管Q2，电阻R1和修调电阻阵列Rtrim；所述电压跟随电路I0与所述负温度系数电压产生电路相连，用于增强驱动带载能力。

3.根据权利要求2所述的一种负温度系数可调温度传感芯片，其特征在于：所述第一P型场效应管MP1的漏极接所述电源，栅极与接地信号相连，源极分别与所述第一N型场效应管MN1的漏极和二极管D1的正极相连；所述第二P型场效应管MP2的漏极接所述电源，栅极分别与所述第三P型场效应管MP3、第四P型场效应管MP4和第五P型场效应管MP5的栅极相连，源极与所述第二N型场效应管MN2的漏极相连；所述第一N型场效应管MN1的漏极分别与所述第一P型场效应管MP1的源极和二极管D1的正极相连，栅极与所述第二N型场效应管MN2的栅极相连，源极与接地信号相连；所述第二N型场效应管MN2的漏极接所述第二P型场效应管MP2的源极，栅极与所述第一N型场效应管MN1的栅极相连，源极与接地信号相连，且漏极与栅极两端直接相连；所述二极管D1的正极分别与所述第一P型场效应管MP1的源极和第一N型场效应管MN1的漏极相连，负极分别与所述第四P型场效应管MP4的源极、第一三极管Q1基极和第二三极管Q2的集电极相连；所述第三P型场效应管MP3的漏极与所述电源相连，栅极分别与所述第二P型场效应管MP2、第四P型场效应管MP4、第五P型场效应管MP5的栅极相连，源极与所述第一三极管Q1的集电极相连，且栅极与源极两端直接相连；所述第四P型场效应管MP4的漏极与所述电源相连，栅极分别与所述第二P型场效应管MP2、第三P型场效应管MP3、第五P型场效应管MP5的栅极相连，源极分别与所述二极管D1的负极、第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的集电极相连；所述第五P型场效应管MP5的漏极与所述电源相连，栅极分别与所述第二P型场效应管MP2、第三P型场效应管MP3、第四P型场效应管MP4的栅极相连，源极分别与所述修调电阻阵列Rtrim的一端和电压跟随电路I0的正输入端相连；所述第一三极管Q1的集电极与所述第三P型场效应管MP3的源极相连，基地分别与所述第四P型场效应管MP24的源极、二极管D21的负极和第二三极管Q22的集电极相连，发射极分别与所述电阻R21的一端和第二三极管Q22的基极相连；所述第二三极管Q22的集电极分别与所述第四P型场效应管MP4的源极、二极管D1的负极和第一三极管Q1的基极相连，基极分别与所述的第一三极管Q1的发射极和电阻R1的一端相连，发射极与接地信号相连；所述电阻R1的一端分别与所述第一三极管Q1的发射极和第二三极管Q2的基极相连，另一端与接地信号相连；所述修调电阻阵列Rtrim的一端分别与所述第五P型场效应管MP5的源极和电压跟随电路I0的正输入端相连，另一端与接地信号相连。

4.根据权利要求2或3所述的一种负温度系数可调温度传感芯片，其特征在于：所述电阻R1和修调电阻阵列Rtrim为相同类型电阻，并严格匹配。

5.根据权利要求2或3所述的一种负温度系数可调温度传感芯片，其特征在于：所述负温度系数温度传感电路的修调电阻阵列Rtrim包括初始电阻Rint、同类型匹配修调电阻R、2R、4R、8R、16R和开关K1、K2、K3、K4、K5，由所述电阻R、2R、4R、8R、16R与所述开关K1、K2、K3、K4、K5一一对应串联后，分别与所述初始电阻Rint并联而成。