DE102019124959A1 - Wärmesensor mit geringem temperaturfehler - Google Patents

Abstract

Ein Wärmesensor umfasst in einigen Ausführungsformen zwei temperaturempfindliche Zweige, von denen jeder eine Wärmeabfühlvorrichtung, wie zum Beispiel einen oder mehrere bipolare Sperrschichttransistoren, und eine Stromquelle enthält, um eine Stromdichte in der Wärmeabfühlvorrichtung zu generieren, um ein temperaturabhängiges Signal zu generieren. Der Wärmesensor enthält des Weiteren einen Signalprozessor, der konfiguriert ist, das temperaturabhängige Signal von den Zweigen mit jeweiligen und verschiedenen Verstärkungsfaktoren zu multiplizieren und die resultierenden Signale zu kombinieren, um ein Ausgangssignal zu generieren, das sich im Wesentlichen proportional zu der absoluten Temperatur, bei der der Wärmesensor angeordnet ist, verhält.

Description

• QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
• Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/738,292 , eingereicht am 28. September 2018 unter dem Titel „Low Temperature Error Thermal Sensor“, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
• HINTERGRUND
• Diese Offenbarung betrifft allgemein Wärmesensoren. Diese Offenbarung betrifft insbesondere die Reduzierung von Temperaturfehlern bei Wärmesensoren.
• Wärmesensoren haben ein breites Anwendungsspektrum. Die Genauigkeit von Wärmesensoren ist für viele Anwendungen wichtig oder sogar kritisch. Wenn ein Wärmesensor nur bei einer einzigen oder einer begrenzten Anzahl von Temperaturen kalibriert wird, so kann die Genauigkeit des Wärmesensors über den gesamten vorgesehenen Anwendungsbereich aufgrund von Abweichungen der Sensoreigenschaften von den idealen Eigenschaften schwer zu gewährleisten sein. Es werden laufende Anstrengungen unternommen, die Genauigkeit von Wärmesensoren zu verbessern.
• Figurenliste
• Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es ist anzumerken, dass gemäß der gängigen Praxis in der Industrie verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Die Abmessungen der verschiedenen Strukturelemente können vielmehr im Interesse der Übersichtlichkeit der Besprechung nach Bedarf vergrößert oder verkleinert werden.
• 1A zeigt schematisch Komponenten-Wärmesensoren in einem Wärmesensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 1B ist eine Veranschaulichung idealer und tatsächlicher Spannung-Temperatur-Beziehungen für jeden der Komponenten-Wärmesensoren in 1A gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 2A ist eine Veranschaulichung des Approximierens der Spannung-Temperatur-Beziehung in einem Betriebstemperaturbereich für einen Komponenten-Wärmesensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 2B veranschaulicht modifizierte relative Spannung-Temperatur-Beziehungen für zwei Komponenten-Wärmesensoren, die Versätze abgleichen, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 3 veranschaulicht schematisch eine zeitdiskrete Wärmesensorschaltung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 4 veranschaulicht schematisch eine Dauergleichstrom-Wärmesensorschaltung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 5 veranschaulicht schematisch eine Dauergleichstrom-Wärmesensorschaltung mit differenzieller Rückkopplung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 6 veranschaulicht schematisch eine Dauergleichstrom-Wärmesensorschaltung mit einendiger Rückkopplung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 7 zeigt Temperaturleistungsdaten an verschiedenen Prozesspunkten für Prototyp-Wärmesensoren des in 6 gezeigten Typs.
• 8A veranschaulicht die Spannung-Temperatur-Beziehungen für zwei Transistoren in einem Differenzstromdichte-Wärmesensor und die partielle Neigungsjustierung der Spannung-Temperatur-Beziehung eines der Transistoren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 8B veranschaulicht die Differenz-Spannung-Temperatur-Beziehung für den Wärmesensor mit den in 8A gezeigten Spannung-Temperatur-Beziehungen.
• 9 veranschaulicht schematisch eine zeitdiskrete Wärmesensorschaltung mit partieller Neigungsjustierung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 10 veranschaulicht schematisch eine Dauergleichstrom-Wärmesensorschaltung mit Widerstandsverhältnis-Neigungspartialjustierung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 11 veranschaulicht schematisch eine Dauergleichstrom-Wärmesensorschaltung mit Widerstandsverhältnis- und Operationsverstärkertreiber-Neigungspartialjustierung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 12 veranschaulicht schematisch eine Dauergleichstrom-Wärmesensorschaltung mit V_be-Abbild-Neigungspartialjustierung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 13 veranschaulicht schematisch eine geschaltete Einzeltransistorzweig-Wärmesensorschaltung mit partieller Neigungsjustierung, die durch eine digitale Steuereinheit (zum Beispiel einen Mikrocontroller („MCU“)) gesteuert wird, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 14 zeigt Temperaturleistungsdaten an einem Prozesspunkt für Prototyp-Wärmesensoren des in 11 gezeigten Typs.
• 15 veranschaulicht schematisch eine Dauergleichstrom-Wärmesensorschaltung mit differenzieller Rückkopplung, ähnlich der in 5 gezeigten Schaltung, wobei aber die Bipolartransistoren durch Feldeffekttransistoren ersetzt wurden, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• 16 umreißt ein Verfahren zur Temperaturmessung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des hier besprochenen Gegenstandes bereit. Im Folgenden werden konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und dienen nicht der Einschränkung. Zum Beispiel kann die Ausbildung eines ersten Strukturelements über oder auf einem zweiten Strukturelement in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, bei denen die ersten und zweiten Strukturelemente in direktem Kontakt ausgebildet sind, und können auch Ausführungsformen enthalten, bei denen zusätzliche Strukturelemente zwischen den ersten und zweiten Strukturelementen ausgebildet sein können, so dass die ersten und zweiten Strukturelemente nicht unbedingt in direktem Kontakt stehen. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung Bezugszahlen und/oder - buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und schafft nicht automatisch eine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
• Wärmesensoren, oder Temperatursensoren, werden weithin in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Zum Beispiel werden Wärmesensoren in integrierten Schaltkreisen, wie beispielsweise Speichermodulen, verwendet, um die Temperatur der integrierten Schaltkreise zu überwachen und zu steuern, um deren einwandfreie Funktion zu gewährleisten. Beispiele für Wärmesensoren sind Sensoren mit bipolaren Sperrschichttransistoren („BJTs“), bei denen die Spannung zwischen Anschlusspaaren (zum Beispiel Basis-Emitter-Spannung oder V_BE ) eine bestimmte Temperaturabhängigkeit aufweist, die bestimmte Eigenschaften aufweist, wie zum Beispiel exponentielle Abhängigkeit in idealen (theoretischen) Fällen. Abweichungen von den idealen Eigenschaften führen zu Fehlern bei den Temperaturmessungen. Bestimmte im vorliegenden Text offenbarte Ausführungsformen haben weniger Temperaturfehler als herkömmliche Wärmesensoren.
• In einigen Ausführungsformen enthält ein Temperatursensor zwei Paare von BJTs. In jedem Paar haben die beiden BJTs verschiedene Stromdichten, entweder indem sie den gleichen Strom durch zwei BJTs verschiedener Größe leiten oder indem sie verschiedene Ströme durch zwei BJTs gleicher Größe leiten, oder durch eine Kombination der beiden Verfahren. Jeder BJT erzeugt als Ergebnis ein V_BE . Der differenzielle V_BE (dV_BE oder ΔV_BE ), oder die Differenz zwischen zwei V_BES, in jedem Paar wird erhalten, und die Differenz zwischen den dV_BEs der beiden Paare wird als das Ausgangssignal genommen. Die dV_BEs von den Paaren können unterschiedlich verstärkt werden, so dass die dV_BEs im Wesentlichen den gleichen Versatzwert (S1) in einem Parameter aufweisen, wie beispielsweise die Versatzspannung bei einer Referenztemperatur (zum Beispiel oK), wobei die Versatzspannung als die Versatzspannung - bei der Referenztemperatur - der Tangente (oder einer anderen linearen Annäherung der dV_BE-Temperaturkurve innerhalb des Betriebstemperaturbereichs) der dV_BE-Temperaturkurve an einem Kalibrierungspunkt (zum Beispiel 25°C) definiert werden kann. Es können auch andere Formen der Annäherung der Spannung-Temperatur-Verhältnisse verwendet werden. Anstelle der BJTs können auch andere Transistortypen, wie zum Beispiel MOSFETs, verwendet werden.
• In einigen Ausführungsformen kann ein einzelnes Paar BJTs verwendet werden, aber die V_BEs können unterschiedlich verstärkt werden, dergestalt, dass die verstärkten V_BE-Temperaturkurven über den vorgesehenen Betriebstemperaturbereich möglichst genau miteinander übereinstimmen.
• Wie in 1A zu sehen, sind zwei BJT-Paare (110, 140) dafür konfiguriert, die dV_BEs (dV_BE1 bzw. dV_BE2) zu generieren, die kombiniert werden sollen, um ein Spannungssignal zu erhalten, das näher an einer wünschenswerten Temperaturabhängigkeit liegt als eines der BJT-Paare (110, 140). Eine wünschenswertere Temperaturabhängigkeit kann beispielsweise durch eine lineare Abhängigkeit erreicht werden, bei der die Spannung im Wesentlichen proportional zu der absoluten Temperatur („PTAT“) ist, so dass eine Einpunkt-Temperaturkalibrierung (zum Beispiel bei 25°C) für den Betrieb der elektronischen Vorrichtung im gesamten vorgesehenen Temperaturbereich (zum Beispiel etwa -50°C bis etwa 150°C, -40°C bis etwa 125°C, etwa -25°C bis etwa 110°C oder etwa 0°C bis etwa 100°C) hinreichend zuverlässig ist.
• Jeder BJT-Paar (110, 140) in dem in 1A veranschaulichten Beispiel enthält zwei Zweigen (120,130 in dem Paar (110), und (150, 160) in dem Paar (140), die miteinander parallel geschaltet sind. Jeder Zweig enthält eine Stromquelle (122, 132, 152, 162), die jeweils mit einem diodenverbundenen Transistor (124, 134, 154, 164) in Reihe geschaltet ist. Basis und Kollektor in jedem der diodenverbundenen Transistoren sind miteinander verbunden und sind mit einem gemeinsamen Referenzpunkt (in diesem Beispiel Erde) verbunden; der Emitter ist mit der Stromquelle verbunden.
• Jeder diodenverbundene Transistor (124, 134, 154, 164) ist dafür ausgelegt, mit seiner jeweiligen Emitterstromdichte zu arbeiten. Die Stromdichte in jedem diodenverbundenen Transistor wird durch den Strom in dem jeweiligen Zweig und die Querschnittsfläche n, m, p oder q des Emitter-Basis-Übergangs („Emitterfläche“) des diodenverbundenen Transistors bestimmt. So können durch Ströme verschiedener Amplitude von den Stromquellen (122, 132, 152, 162) mit gleichen Querschnittsflächen für die Emitter-Basis-Übergänge in den diodenverbundenen Transistoren (124, 134, 154, 164) verschiedene Stromdichten erzeugt werden. Verschiedene Stromdichten können auch durch Ströme gleicher Amplitude von den Stromquellen (122, 132, 152, 162), aber verschiedenen Emitterflächen n, m, p bzw. q für die diodenverbundenen Transistoren (124, 134, 154, 164) erzeugt werden. In einer weiteren Alternative können durch die Ströme der verschiedenen Amplituden von den Stromquellen (122, 132, 152, 162) mit verschiedenen Querschnittsflächen für die Emitter-Basis-Übergänge in den diodenverbundenen Transistoren (124, 134, 154, 164) verschiedene Stromdichten erzeugt werden.
• Aufgrund der verschiedenen Stromdichten in den beiden Zweigen jedes BJT-Paares (110, 140) wird zwischen den Emittern der beiden diodenverbundenen Transistoren in dem BJT-Paar eine Differenzspannung in Abhängigkeit von der Temperatur erzeugt, bei der sich die beiden diodenverbundenen Transistoren befinden. Somit wird zwischen den Emittern von diodenverbundenen Transistoren (124, 134) eine Differenzspannung dV_BE1 generiert; und zwischen den Emittern von diodenverbundenen Transistoren (154, 164) wird eine Differenzspannung dV_BE2 generiert.
• Wie in 1B zu sehen, hat die differenzielle Basis-Emitter-Spannung (dV_BE21 oder dV_BE2 ) für jedes BJT-Paar (110, 140) ihre Temperaturabhängigkeit. Die Beziehung zwischen der differenziellen Basis-Emitter-Spannung (dV_BE (=dV_BE21 oder dV_BE2)) und den Stromdichten ist $${\text{dV}}_{\text{BE}}=\text{CT}=\frac{\mathrm{\eta }\text{kT}}{\text{q}}\text{ln r}\text{,}$$

  

  wobei T die absolute Temperatur an dem BJT-Paar ist, η ein Idealitätsfaktor ist, k die Boltzmann-Konstante ist, q die Elektronenladung ist, r das Verhältnis zwischen den Emitterstromdichten in dem BJT-Paar ist, und $\text{C}=\frac{\mathrm{\eta }\text{k}}{\text{q}}\text{ln r}\text{.}$

  

  In Fällen, in denen die Ströme in beiden Zweigen jedes BJT-Paares gleich sind, ist r =n/m bzw. r =p/q.
• Für ideale Wärmesensoren, bei denen η eine Konstante für alle Temperaturen ist, ist C eine Konstante, V_BE ist proportional zu der absoluten Temperatur, T, und die Kurvendarstellung von dV_BE in Abhängigkeit von der Temperatur ist eine gerade Linie, die durch den Ursprung verläuft, d. h. dV_BE=0 V bei T=0 K. Für die BJT-Paare (110, 140) wären also die idealen Kurvendarstellungen für DV_BE1-T und dV_BE2-T in 1B jeweils gerade Linien (170, 180). In realen Wärmesensoren ist der Idealitätsfaktor η jedoch in der Regel nicht konstant mit der Temperatur. Folglich wäre die dV_BE-T-Beziehung in der Regel nicht linear, wie durch die Kurven (172, 182) für die BJT-Paare (110, 140) angedeutet.
• Wie in 2A zu sehen, und unter Verwendung des BJT-Paares (140) als ein Beispiel, würde für ein ideales BJT-Paar eine PTAT-Beziehung für dV_BE2 zu einer geraden Linie (210) in einer dV_BE2-T-Kurvendarstellung führen, wie oben besprochen. In einem solchen Fall würde eine Einpunktkalibrierung, d. h. eine Kalibrierung durch Messen von dV_BE2 bei einer einzigen Temperatur, wie zum Beispiel 25°C, zu genauen Temperaturmessungen führen, weil eine einzige Konstante, C (oder die Neigung der Geraden (210)), erforderlich wäre, um alle Werte von dV_BE2 bei allen Temperaturen zu bestimmen. Weil C jedoch in der Regel keine Konstante mit der Temperatur ist, ist die eigentliche dV_BE2-T-Kurvendarstellung in der Regel eine Kurve, wie zum Beispiel die Kurve, die konzeptionell veranschaulicht ist (182). Infolge dessen würde eine Einpunktkalibrierung (zum Beispiel bei 25°C) bei Temperaturen außerhalb des Kalibrierungspunktes zu Fehlern führen, die in einigen Fällen signifikant sind (zum Beispiel ε₁ bei -40°C und ε₂ bei 125°).
• In der Praxis ist die Genauigkeit der Kalibrierung von Temperatursensoren nur für den vorgesehenen Betriebstemperaturbereich von Bedeutung, zum Beispiel von etwa 40°C bis etwa 125°. Gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung können differenzielle Basis-Emitter-Spannungen von zwei BJT-Paaren (110,140) zweckmäßig kombiniert werden, um ein Signal zu erhalten, das mindestens in dem vorgesehenen Betriebstemperaturbereich im Wesentlichen PTAT ist, so dass Einpunktkalibrierungen für den beabsichtigten Betrieb der elektronischen Vorrichtung angemessen sind. Zum Beispiel kann in 2A die dV_BE2-T-Kurve (182) durch eine gerade Linie (220) im Temperaturbereich von etwa 40°C bis etwa 125° ausreichend angenähert werden. Die gerade Linie (220) kann auf jedem Näherungsverfahren beruhen, das zu Fehlern innerhalb eines akzeptablen Niveaus über den vorgesehenen Betriebstemperaturbereich führt. Zum Beispiel kann die Linie (220) die Tangente zu der dV_BE2-T-Kurve bei der Kalibrierungstemperatur (zum Beispiel 25°C) sein; in einem anderen Beispiel ist die Linie (220) die Linie, die die beiden Enden (zum Beispiel bei -40°C und 125°) des Segments der Kurve (182) über den vorgesehenen Temperaturbereich verbindet; in einem weiteren Beispiel kann die Linie (220) nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate an die Kurve über den vorgesehenen Temperaturbereich hinweg angepasst werden.
• Ebenso kann, wie gezeigt, die dV_BE1-T-Kurve (172) durch eine gerade Linie (in den Zeichnungen nicht gezeigt) über den gleichen Temperaturbereich wie für die dV_BE2-T-Kurve (182) angenähert werden. Die Linie (220) für die dV_BE2-T-Kurve (182) weist in diesem Fall einen Schnittpunkt S₁ auf der y-Achse auf (d. h. 0 K); und die Linie für die dV_BE1T-Kurve (172) weist in diesem Fall einen Schnittpunkt S₂ auf der y-Achse auf. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann dV_BE1 um einen Faktor M (der größer, gleich oder kleiner als 1 sein kann) verstärkt werden, so dass M·S₂=S₁. Wie in 2B gezeigt, weist die Leitung (280), die der verstärkten Differenzspannungskurve (272), M×dV_BE1, angenähert ist, den gleichen Schnittpunkt S₁ auf wie die dV_BE2-T-Kurve (182). Die Differenzspannung, dV_BE12 , hat somit die Form $${\text{dV}}_{\text{BE12}}=\text{M}\cdot {\text{dV}}_{\text{BE1}}-{\text{dV}}_{\text{BE2}}\approx \text{C'T}+\text{M}\cdot {\text{S}}_2-\text{C''T}-{\text{S}}_1=\left(\text{C'}-\text{C''}\right)\text{T}\text{,}$$

  

  wobei C' und C" Konstanten sind. Die kombinierte Differenzspannung ist somit im Wesentlichen PTAT, und der Wärmesensor, der eine solche Differenzspannung erzeugt, ist für die Einpunktkalibrierung geeignet. Das heißt, ein Differenzspannungswert, dV₀ , kann bei dV_BE12 bei einer einzelnen, bekannten Temperatur, T₀ (zum Beispiel 25°C (oder 298 K)), erhalten werden, und die Temperatur, T, kann als T=dV-T₀/dV₀ bestimmt werden, wobei T und T₀ in K gemessen werden. $${\text{dV}}_{\text{BE12}}=\text{M}\cdot {\text{dV}}_{\text{BE1}}-\text{N}\cdot {\text{dV}}_{\text{BE2}\text{,}}$$

  

  ist im Wesentlichen ein PTAT-Signal.
• Um also bei einer Temperaturmessung im Wesentlichen ein PTAT-Signal zu erhalten, können gemäß einigen Ausführungsformen die folgenden Schritte ausgeführt werden: Generieren einer ersten Stromdichte in einer ersten Wärmeabfühlvorrichtung, die bei einer Temperatur, T, angeordnet ist (1610); Generieren einer zweiten Stromdichte in einer zweiten Wärmeabfühlvorrichtung, die bei T angeordnet ist (1620), wobei die zweite Stromdichte von der ersten Stromdichte verschieden ist; Generieren einer dritten Stromdichte in einer dritten Wärmeabfühlvorrichtung, die bei T angeordnet ist (1630); Generieren einer vierten Stromdichte in einer vierten Wärmeabfühlvorrichtung, die bei T angeordnet ist, wobei die vierte Stromdichte von der dritten Stromdichte verschieden ist (1640); Erhalten einer ersten Differenzspannung zwischen einer ersten Spannung, die durch die erste Wärmeabfühlvorrichtung generiert wird, die auf die erste Stromdichte und T anspricht, einerseits, und einer zweiten Spannung, die durch die zweite Wärmeabfühlvorrichtung generiert wird, die auf die zweite Stromdichte und T anspricht, andererseits (1650); Erhalten einer zweiten Differenzspannung zwischen einer dritten Spannung, die durch die dritte Wärmeabfühlvorrichtung generiert wird, die auf die dritte Stromdichte und T anspricht, einerseits, und einer vierten Spannung, die durch die vierte Wärmeabfühlvorrichtung generiert wird, die auf die vierte Stromdichte und T anspricht, andererseits (1660); Erhalten einer dritten Differenzspannung, dV, zwischen der ersten Differenzspannung, multipliziert mit einem ersten Verstärkungsfaktor, und der zweiten Differenzspannung, multipliziert mit einem zweiten Verstärkungsfaktor, wobei der zweite Verstärkungsfaktor von dem ersten Verstärkungsfaktor verschieden ist (1670); und Bestimmen von T auf der Basis der dritten Differenzspannung (1680).
• Wie in 3 zu sehen, implementiert eine Wärmesensorschaltung (300) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung das oben beschriebene Regime, um im Wesentlichen einen PTAT-Wärmesensor zu erhalten. In diesem Beispiel ist die Schaltung (300) eine diskrete Zeitschaltung. Sie enthält die oben beschriebenen BJT-Paare (110, 140) und eine Signalverarbeitungsschaltung, die in diesem Beispiel ein Paar Schaltkondensatorverstärker (310, 340) ist. Der Schaltkondensatorverstärker (310) enthält einen Operationsverstärker (312), einen Eingangskondensator (314), einen Rückkopplungskondensator (316) und Schalter (318, 320, 322), die beliebige geeignete Schaltvorrichtungen, einschließlich Schalttransistoren, sein können. Gleichermaßen enthält der Schaltkondensatorverstärker (340) einen Operationsverstärker (342), einen Eingangskondensator (344), einen Rückkopplungskondensator (346) und Schalter (348, 350, 352), die beliebige geeignete Schaltvorrichtungen, einschließlich Schalttransistoren, sein können. Die Schalteingänge des Verstärkers (310) sind mit den jeweiligen Emittern der diodenverbundenen Transistoren (124, 134) verbunden, um das Differenzsignal dV_BE1 zu empfangen, das die Differenz zwischen der Spannung V_BE1a an dem Emitter des diodenverbundenen Transistors (124) und der Spannung V_BE1b an dem Emitter des diodenverbundenen Transistors (134) ist. Gleichermaßen sind die Schalteingänge des Verstärkers (340) sind mit den jeweiligen Emittern der diodenverbundenen Transistoren (154, 164) verbunden, um das Differenzsignal dV_BE2 zu empfangen, das die Differenz zwischen der Spannung V_BE2a an dem Emitter des diodenverbundenen Transistors (154) und der Spannung V_BE2b an dem Emitter des diodenverbundenen Transistors (164) ist.
• Die Verstärker (310, 340) haben in einem Beispiel Verstärkungen M bzw. N, wobei M·S₂-NS₁=0, wobei S₁ und S₂ jeweils die y-Überschneidungen der Linien sind, die der dV_BE2-T-Kurve (182) und der dV_BE1-T-Kurve (172) in dem vorgesehenen Betriebstemperaturbereich (zum Beispiel von etwa 40°C bis etwa 125°C) angenähert sind. Das Differenzausgangssignal, dV_BE12 , ist, wie oben besprochen, im Wesentlichen proportional zu der absoluten Temperatur innerhalb des vorgesehenen Betriebstemperaturbereichs. Der Wärmesensor (300) bietet sich daher für eine Einpunktkalibrierung an.
• Im Sinne der vorliegenden Offenbarung bezeichnet „Verstärkung“ („Gain“ oder „Amplification“) einen Faktor, mit dem ein in eine Schaltung („Verstärker“) eingespeistes Signal multipliziert wird, um das Ausgangssignal der Schaltung zu generieren; der Faktor ist nicht auf Zahlen größer als 1 beschränkt.
• Andere zeitdiskrete Schaltungen, wie zum Beispiel Schaltkondensator-Abtast-/Halteschaltungen, können ebenfalls verwendet werden.
• Signalverarbeitungsschaltungen zum Erreichen verschiedener Verstärkungen für die beiden BJT-Paare können von jeder Art sein, die für diesen Zweck geeignet ist. Zum Beispiel kann auch eine Dauergleichstromschaltung verwendet werden. In 4 kann beispielsweise ein Dauergleichstromverstärker (400) anstelle des in 3 gezeigten Schaltkondensatorverstärkers (310, 340) verwendet werden. Der Verstärker (400) enthält ein Paar Summierverstärker (410, 430) und einen Differenzialverstärker (450). Der erste Summierverstärker (410) enthält einen Operationsverstärker (410), zwei Eingangswiderstände (414, 416) und einen Rückkopplungswiderstand (418). Gleichermaßen enthält der zweite Summierverstärker (430) einen Operationsverstärker (430), zwei Eingangswiderstände (434, 436) und einen Rückkopplungswiderstand (438). Der Differenzialverstärker (450) enthält ein Paar Operationsverstärker (452, 454), einen Eingangswiderstand (456) und einen dem Operationsverstärker (452) zugeordneten Rückkopplungswiderstand (458) sowie einen Eingangswiderstand (460) und einen dem Operationsverstärker (454) zugeordneten Rückkopplungswiderstand (462). Die Summierverstärker (410, 430) empfangen zwei Paare von Eingangssignalen: V_BE1a und V_BE2b für den Verstärker (410), und V_BE2a und V_BE1b für den Verstärker (430). Die Ausgangssignale der Summierverstärker (410, 430) sind Eingangssignale in den Differenzialverstärker (450). Das Ausgangssignal ΔV des Differenzialverstärkers (450) ist eine lineare Kombination der Eingangssignale V_BE1a , V_BE2b , V_BE2a und V_BE1b . Mit zweckmäßiger Auswahl der Widerstandswerte der Widerstände kann ΔV auf eine lineare Kombination aus dV_BE1 und dV_BE2 eingestellt werden. Beispielsweise ist - mit den in 4 symbolisierten Widerstandswerten - ΔV = M· dV_BE1 - dV_BE2 für R₁=R₂=R₃=R4, wobei M ein Wert ist, der ΔV im Wesentlichen proportional zu der absoluten Temperatur macht (zum Beispiel M·S₂-S₁=0).
• Wie in 5 zu sehen, enthält eine Wärmesensorschaltung (500) gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung zwei Zweigen von BJT-Paaren (510, 540). Das erste BJT-Paar (510) enthält ein Paar diodenverbundener Transistoren (524, 534) und Stromvorspanntransistoren M1 (522), M2 (526), M3 (532) und M4 (536), wobei die Bezeichner „M1“, „M2“, „M3“ und „M4“ auch die Größen, wie zum Beispiel Kanalbreiten, der jeweiligen Transistoren (522, 526, 532, 536) bezeichnen. Gleichermaßen enthält das zweite BJT-Paar (540) ein Paar diodenverbundener Transistoren (554, 564) und Stromvorspanntransistoren M5 (552), M6 (556), M7 (562) und M8 (566), wobei die Bezeichner „M5“, „M6“, „M7“ und „M8“ auch die Größen, wie zum Beispiel Kanalbreiten, der jeweiligen Transistoren (552, 556, 562, 566) bezeichnen. Die Transistoren M1-M8 sind in diesem Beispiel Feldeffekttransistoren (FETs), wie zum Beispiel Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), können aber auch beliebige andere geeignete Transistoren sein. Der Emitter des ersten diodenverbundenen Transistors (524) in dem ersten Zweig (510) ist direkt mit den Drains der Transistoren M2 (526) und M5 (552) verbunden; und der Emitter des ersten diodenverbundenen Transistors (554) in dem zweiten Zweig (540) ist direkt mit den Drains der Transistoren M6 (556) und M1 (522) verbunden. Der Emitter des zweiten diodenverbundenen Transistors (534) in dem ersten Zweig (510) ist durch den Widerstand R1 (538) mit den Drains der Transistoren M3 (532) und M8 (566) verbunden; und der Emitter des zweiten diodenverbundenen Transistors (564) in dem zweiten Zweig (540) ist durch einen Widerstand R2 (568) mit den Drains der Transistoren M7 (562) und M4 (536) verbunden.
• Jeder Zweig (510, 540) ist einem entsprechenden Verstärker (570, 580) zugeordnet. Das Eingangssignal des ersten Verstärkers (570) ist die Differenzspannung dV_BE1 zwischen den Emittern der diodenverbundenen Transistoren (524, 534) durch den Widerstand R1 (538) und das Eingangssignal des zweiten Verstärkers (580) ist die Differenzspannung dV_BE2 zwischen den Emittern der diodenverbundenen Transistoren (554, 564) durch den Widerstand R2 (568). Der Ausgang des ersten Verstärkers (570) ist mit den Steuerelektroden (Gates in diesem Beispiel) der Transistoren M1 (522), M2 (526), M3 (532) und M4 (536) verbunden; und der Ausgang des zweiten Verstärkers (580) ist mit den Steuerelektroden (Gates in diesem Beispiel) der Transistoren M5 (552), M6 (556), M7 (562) und M8 (566) verbunden.
• Ein erstes Ausgangssignal, V_out1 , des Wärmesensors (500) wird am Übergang zwischen einem ersten Ausgangswiderstand R4 (598) und dem Drain eines ersten Ausgangstransistors M10 (596) bereitgestellt; und ein zweites Ausgangssignal, V_out2 , des Wärmesensors (500) wird am Übergang zwischen einem zweiten Ausgangswiderstand R3 (594) und dem Drain eines zweiten Ausgangstransistors M9 (592) bereitgestellt. Die Steuerelektrode (Gate in diesem Beispiel) des ersten Ausgangstransistors M10 (596) ist mit den Steuerelektroden der Transistoren M1 (522), M2 (526), M3 (532) und M4 (536) verbunden; und die Steuerelektrode (Gate in diesem Beispiel) des zweiten Ausgangstransistors M9 (592) ist mit den Steuerelektroden der Transistoren M5 (552), M6 (556), M7 (562) und M8 (566) verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren M1 bis M10 sind miteinander verbunden. Der Transistor M10 und der Widerstand R4 bilden mit dem Transistor M1 einen ersten Stromspiegel, der die Ausgangsspannung V_out1 von dem Widerstand R4 und den Imagestrom des Stroms, I2, durch den Transistor M1 generiert. Gleichermaßen bilden der Transistor M9 und der Widerstand R3 mit dem Transistor M8 einen zweiten Stromspiegel, der die Ausgangsspannung V_out2 von dem Widerstand R3 und den Imagestrom des Stroms, I1, durch den Transistor M8 generiert.
• In diesem Beispiel sind die Ausgangssignale V_out1 und V_out2 jeweils eine Funktion von dV_BE1 und dV_BE2 , die jeweils eine Funktion des Verhältnisses der Stromdichten in dem BJT-Paar (510, 540) sind. Ähnlich der in 3 gezeigten Konfiguration kann das Stromdichteverhältnis in jedem BJT-Paar durch die gleiche BJT-Größe (n=m; p=q), aber ein Nicht-Einheitsverhältnis (I_M2:I_M3) zwischen den Strömen durch die Transistoren M2 und M3 (für das BJT-Paar (510)) oder M6 und M7 (I_M6:I_M7) (für das BJT-Paar (540)), eingestellt werden. Alternativ kann das Stromdichteverhältnis in jedem BJT-Paar mit den gleichen Strömen durch die Transistoren M2 und M3 (I_M2:I_M3=1) oder M6 und M7 (I_M6:I_M7=1), aber mit verschiedenen BJT-Größen eingestellt werden. Eine Kombination der beiden oben beschriebenen Konfigurationen (d. h. verschiedene BJT-Größen und Transistorströme) kann ebenfalls verwendet werden.
• Die Stromverhältnisse, I_M2:I_M3 und I_M6:I_M7, wiederum sind Funktionen von dV_BE1/R1 bzw. dV_BE2/R2. Die Stromverhältnisse sind des Weiteren Funktionen von Verhältnissen der W/L-Verhältnisse zwischen den Transistoren M1 und M2, M4 und M3, M5 und M6 und M8 und M7, wobei das W/L-Verhältnis für einen Transistor das Seitenverhältnis (Breite:Länge) des Kanals des Transistors ist. In einem Beispiel beträgt das Verhältnis der W/L-Verhältnisse zwischen den Transistoren M1 und M2 und zwischen den Transistoren M4 und M3 1:m; und das Verhältnis der W/L-Verhältnisse zwischen den Transistoren M5 und M6 und zwischen den Transistoren M8 und M7 beträgt 1:k. In einer solchen Konfiguration ist das Ausgangssignal V_out1 k₁ (m₁dV_BE1- dV_BE2), wobei k₁ und m₁ Funktionen von R1, R2, m, k und R4 sind; und gleichermaßen ist das Ausgangssignal V_out2 k₂(m₂dV_BE2- dV_BE1), wobei k2 und m2 Funktionen von R1, R2, m, k und R3 sind. Somit kann durch zweckmäßige Auswahl der Widerstandswerte R1, R2, R3 und R4 sowie der Verhältnisse m und k der Spannungsversatz für dV_BE2 und/oder DV_BE1 so eingestellt werden, dass eine PTAT-Spannung generiert wird, die für die Einpunktkalibrierung geeignet ist.
• Wie in 6 zu sehen, enthält eine Wärmesensorschaltung (600) gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung zwei Zweigen von BJT-Paaren (610, 640). Das erste BJT-Paar (610) enthält ein Paar diodenverbundener Transistoren (624, 634) und Stromvorspanntransistoren M1 (522), M2 (626) und M3 (632), wobei die Bezeichner „Mi“, „M2“ und „M3“ auch die Größen, wie zum Beispiel Kanalbreiten, der jeweiligen Transistoren (622, 626, 632) bezeichnen. Gleichermaßen enthält das zweite BJT-Paar (640) ein Paar diodenverbundener Transistoren (654, 664) und Stromvorspanntransistoren M4 (656), M5 (662) und M6 (666), wobei die Bezeichner „M4“, „M5“ und „M6“ auch die Größen, wie zum Beispiel Kanalbreiten, der jeweiligen Transistoren (656, 662, 666) bezeichnen. Die Transistoren M1-M6 sind in diesem Beispiel Feldeffekttransistoren (FETs), wie zum Beispiel Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), können aber auch beliebige andere geeignete Transistoren sein. Der Emitter des ersten diodenverbundenen Transistors (624) in dem ersten Zweig (610) ist direkt mit den Drains der Transistoren M2 (626) und M6 (666) verbunden; und der Emitter des ersten diodenverbundenen Transistors (654) in dem zweiten Zweig (640) ist direkt mit dem Drain des Transistors M4 (656) verbunden. Der Emitter des zweiten diodenverbundenen Transistors (634) in dem ersten Zweig (610) ist durch den Widerstand R1 (638) mit dem Drain des Transistors M3 (632) verbunden; der Emitter des zweiten diodenverbundenen Transistors (664) in dem zweiten Zweig (640) ist durch einen Widerstand R2 (668) mit den Drains der Transistoren M5 (662) und M1 (622) verbunden.
• Jeder Zweig (510, 540) ist einem entsprechenden Verstärker (670, 680) zugeordnet. Das Eingangssignal des ersten Verstärkers (670) ist die Differenzspannung DV_BE1 zwischen den Emittern der diodenverbundenen Transistoren (624, 634) durch den Widerstand R1 (638); und das Eingangssignal des zweiten Verstärkers (680) ist die Differenzspannung dV_BE2 zwischen den Emittern der diodenverbundenen Transistoren (654, 664) durch den Widerstand R2 (668). Der Ausgang des ersten Verstärkers (570) ist mit den Steuerelektroden (Gates in diesem Beispiel) der Transistoren M1 (622), M2 (626), M3 (532) und M3 (632) verbunden; und der Ausgang des zweiten Verstärkers (680) ist mit den Steuerelektroden (Gates in diesem Beispiel) der Transistoren M4 (656), M5 (662) und M6 (666) verbunden.
• Ein erstes Ausgangssignal, V_out1 , des Wärmesensors (600) wird am Übergang zwischen einem ersten Ausgangswiderstand R4 (698) und dem Drain eines ersten Ausgangstransistors M7 (696) bereitgestellt; und ein zweites Ausgangssignal, V_out2 , des Wärmesensors (600) wird am Übergang zwischen einem zweiten Ausgangswiderstand R3 (694) und dem Drain eines zweiten Ausgangstransistors M8 (692) bereitgestellt. Die Steuerelektrode (Gate in diesem Beispiel) des ersten Ausgangstransistors M7 (696) ist mit den Steuerelektroden der Transistoren M1 (622), M2 (626) und M3 (632) verbunden; und die Steuerelektrode (Gate in diesem Beispiel) des zweiten Ausgangstransistors M8 (692) ist mit den Steuerelektroden der Transistoren M4 (656), M5 (662) und M6 (666) verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren M1 bis M8 sind miteinander verbunden. Der Transistor M7 und der Widerstand R4 bilden mit dem Transistor M1 einen ersten Stromspiegel, der die Ausgangsspannung V_out1 von dem Widerstand R4 und den Imagestrom des Stroms, 12, durch den Transistor M1 generiert. Gleichermaßen bilden der Transistor M8 und der Widerstand R3 mit dem Transistor M6 einen zweiten Stromspiegel, der die Ausgangsspannung V_out2 von dem Widerstand R3 und den Imagestrom des Stroms, I1, durch den Transistor M6 generiert.
• In diesem Beispiel sind die Ausgangssignale V_out1 und V_out2 jeweils eine Funktion von DV_BE1 und dV_BE2 , die jeweils eine Funktion des Verhältnisses der Stromdichten in dem BJT-Paar (610, 640) sind. Ähnlich den in 3 und 5 gezeigten Konfigurationen kann das Stromdichteverhältnis in jedem BJT-Paar durch eine Kombination aus BJT-Größe (n/m; p/q) und dem Verhältnis (I_M1:I_M2:I_M3) zwischen den Strömen durch die Transistoren M1, M2 und M3 (für das BJT-Paar (610)) oder M4, M5 und M6 (I_M4:I_M5:I_M6) (für das BJT-Paar (640)) eingestellt werden. Die Stromverhältnisse wiederum sind Funktionen von dV_BE1/R1 bzw. dV_BE2/R2. Die Stromverhältnisse sind des Weiteren Funktionen von Verhältnissen der W/L-Verhältnisse zwischen den Transistoren M1, M2 und M3 sowie zwischen M4, M5 und M6. Ähnlich der in 5 gezeigten Konfiguration ist in der Konfiguration in 6 das Ausgangssignal V_out1 k₁(m₁dV_BE1- dV_BE2), wobei k₁ und m₁ Funktionen von R1, R2, m, k und M3 sind; und gleichermaßen ist das Ausgangssignal V_out2 k₂(m₂dV_BE2- dV_BE1), wobei k2 und m2 Funktionen von R1, R2 R2, m, k und M6 sind. Somit kann durch geeignete Auswahl der Widerstandswerte R1, R2, R3 und R4 sowie der W/L-Verhältnisse der Spannungsversatz für dV_BE2 und/oder dV_BE1 so eingestellt werden, dass eine PTAT-Spannung generiert wird, die für die Einpunktkalibrierung geeignet ist. Als Beispiel werden in 7 Kurvendarstellungen von Temperaturfehlern als eine Funktion der Temperatur für verschiedene Prozesspunkte (TT, FF und SS) für den in 6 gezeigten Wärmesensor veranschaulicht. Die Einpunktkalibrierung erfolgt bei 25°C. Die Temperaturfehler in dem Temperaturbereich von -25°C bis 110°C liegen innerhalb von etwa 3°C. Das heißt, die Temperatur, die durch eine gerade (PTAT-) Linie bestimmt wird, die (T=0 K, dV_BE12=0 V) und (T=273 K+25 K, dV_BE12 bei 25°C) in einer dV_BE12-T-Kurvendarstellung durchquert, weicht um nicht mehr als 3°C von der tatsächlichen Temperatur ab. Allgemeiner ausgedrückt, ist das Ausgangssignal eines Wärmesensors im Wesentlichen PTAT, wenn die Temperatur, die durch eine gerade (PTAT-) Linie bestimmt wird, die (T=0 K, dV_BE12=0 V) und einen Kalibrierungspunkt (zum Beispiel T=273 K+25 K, dV_BE12 bei 25°C) in einer dV_BE12-T-Kurvendarstellung durchquert, von der tatsächlichen Temperatur um nicht mehr als einen Betrag (zum Beispiel 3, 2 oder 1°C) abweicht, der für den einwandfreien Betrieb der Vorrichtung (zum Beispiel einen integrierten Schaltkreis) über einen vorgesehenen Temperaturbereich hinweg als akzeptabel angesehen wird.
• In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung können, anstatt Ausgangssignale von zwei Transistorpaaren zu kombinieren, um eine linearere Temperaturabhängigkeit zu erreichen, die temperaturabhängigen Spannungen von zwei einzelnen Transistoren zweckmäßig kombiniert werden, um ein lineareres Signal - mit der Temperatur - zu erhalten als mit einem einzelnen Transistor. Beispielsweise können in einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung die Basis-Emitter-Spannungen (V_BEs) in einem einzigen BJT-Paar, wie zum Beispiel dem BJT-Paar (110), zweckmäßig kombiniert werden, um ein Signal zu erzeugen, das mit der absoluten Temperatur linearer ist als die V_BE jedes der Transistoren (124, 134).
• Wie in 8A gezeigt, generiert jeder Transistor in einem BJT-Paar, wie zum Beispiel dem in 1A gezeigten BJT-Paar (110), eine temperaturabhängige V_BE . So hat beispielsweise die Spannung V_BE1 an dem Emitter des diodenverbundenen Transistors (124) eine V_BE-Temperaturkurve (810), und die Spannung V_BE2 an dem Emitter des diodenverbundenen Transistors (134) hat eine V_BE-Temperaturkurve (820). Die Differenzspannung dV_BE (840), wie in 8B gezeigt, kann erheblich von der idealen PTAT-Temperaturabhängigkeit (850) abweichen, außer am oder nahe dem Kalibrierungspunkt (zum Beispiel 25°C). Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann jedoch jede von V_BE1 und V_BE2 relativ zur anderen justiert (zum Beispiel verstärkt) werden, um eine linearere dV_BE zu erreichen. Beispielsweise wird in einer Ausführungsform V_BE1 relativ zu V_BE2 so justiert (zum Beispiel durch Verstärkung), dass die V_BE-Temperaturkurve (810) effektiv zu einer justierten Kurve, der V_BE1 '-Temperatur (830), bewegt (gedreht) wird. Die Differenzspannung, d_VBE'=V_BE2-V_BE1', hat eine linearere Temperaturabhängigkeit, wie durch die dV_BE'-Temperaturkurve (860) in 8B zeigt.
• Als ein konkretes Beispiel ist in dem BJT-Paar (120) in 1A, wie oben besprochen, die Differenzspannung gegeben durch $${\text{dV}}_{\text{BE}}={\text{V}}_{\text{BE1}}-{\text{V}}_{\text{BE2}}=\frac{\mathrm{\eta }\text{kT}}{\text{q}}\text{ln r}\text{,}$$

  

  wobei r das Stromdichteverhältnis zwischen den beiden Zweigen ist. In dem Fall, in dem die Ströme durch beide diodenverbundene Transistoren gleich sind, verhält sich das Stromdichteverhältnis umgekehrt zum Emitterflächenverhältnis, n/m =N. Wenn η keine Konstante mit der Temperatur ist, so ist dV_BE nicht PTAT. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung können V_BE1 und V_BE2 jedoch unterschiedlich verstärkt werden, um dV_BE näher an PTAT zu bringen. Beispielsweise wird V_BE1 um einen Faktor C_s verstärkt. Die Differenzspannung dV_BE = C_sV_BE1-V_BE kann durch eine geeignete Wahl von C_s näher an PTAT herangeführt werden.
• Insbesondere ist der Strom I₁ durch den diodenverbundenen Transistor (124) in dem ersten Zweig (120) $${\text{I}}_1={\text{I}}_s{e}^{\frac{{\text{qV}}_{BE\text{ 1}}}{\eta kT}}$$

  

  wobei I_s ein prozessabhängiger Sättigungsstrom ist; und der Strom I₂ durch den diodenverbundenen Transistor (134) in dem zweiten Zweig (130) ist: $${\text{I}}_2=\text{N}\cdot {\text{I}}_s{e}^{\frac{{\text{qV}}_{BE\text{ 2}}}{\eta kT}}.$$

  

  Die Verstärkung von V_BE1 um C_s ist gleichbedeutend mit einem Strom I₁ ^Cs: $${\text{I}}_1{}^{C_s}={\text{I}}_s{}^{C_s}{e}^{\frac{\text{q}{C}_s{V}_{BE1}}{\eta kT}}.$$

  

  Somit ist $$\frac{I_1{}^{C_s}}{I_2}=\frac{{\text{I}}_s{}^{C_s-1}}{\text{N}}{e}^{{}^{\frac{\text{q}\left(C_s{V}_{BE\text{ 1}}-V_{BE\text{ 2}}\right)}{\eta kT}}},$$

  

  und die Differenzspannung ist $${\text{dV}}_{\text{BE}}={\text{C}}_{\text{s}}{\text{V}}_{\text{BE1}}-{\text{V}}_{\text{BE2}}=\text{ln}\frac{{\text{NI}}_1{}^{{\text{C}}_{\text{s}}}}{{\text{I}}_2{\text{I}}_{\text{s}}{}^{{\text{C}}_{\text{s}}-1}}\cdot \frac{\mathrm{\eta }\text{k}}{\text{q}}\cdot \text{T}\text{.}$$

  

  Für den Fall, dass I₁=I₂=I, ist $${\text{dV}}_{\text{BE}}=\text{ln}\left[\text{N}{\left(\frac{\text{I}}{{\text{I}}_{\text{s}}}\right)}^{{\text{C}}_{\text{s}}-1}\right]\cdot \frac{\mathrm{\eta }\text{k}}{\text{q}}\cdot \text{T}=\text{C'''T}\text{,}$$

  

  wobei C'", der Koeffizient (oder die „Neigung“) in dem dV_BE-T-Verhältnis, ist: $$\text{C'''}=\text{ln}\left[\text{N}{\left(\frac{\text{I}}{{\text{I}}_{\text{s}}}\right)}^{{\text{C}}_{\text{s}}-1}\right]\cdot \frac{\mathrm{\eta }\text{k}}{\text{q}}.$$

  
• Somit wird der Koeffizient von $\text{ln N}\cdot \frac{\mathrm{\eta }\text{k}}{\text{q}}\left(\text{d}\text{.h}{\text{.C}}_{\text{s}}=1\right)$

  

  für dV_BE=VB_E1-VB_E2 zu $\text{ln}\left[\text{N}{\left(\frac{\text{I}}{{\text{I}}_{\text{s}}}\right)}^{{\text{C}}_{\text{s}}-1}\right]\cdot \frac{\mathrm{\eta }\text{k}}{\text{q}}$

  

  für dV_BE=C_sV_BE1-V_BE2 modifiziert. Durch eine geeignete Wahl von C_s und I (oder I₁ und I₂) kann die Einführung des Faktors ${\left(\frac{\text{I}}{{\text{I}}_{\text{s}}}\right)}^{{\text{C}}_{\text{s}}-1}$

  

  dazu dienen, die Temperaturabhängigkeit des Idealitätsfaktors η so zu kompensieren, dass der Koeffizient C'" als Ganzes weniger temperaturabhängig ist als η, und dV_BE näher bei PTAT liegt, insbesondere in dem Temperaturbereich des vorgesehenen Betriebes.
• Allgemeiner ausgedrückt, können V_BE1 und V_BE2 voneinander verschieden auf andere Weise als durch einfache Verstärkung behandelt werden. Beispielsweise können Verstärker für V_BE1 und V_BE2 so konfiguriert werden, dass Cs ein temperaturabhängiger Faktor anstelle einer Konstante ist.
• Die oben beschriebene Linearisierung der dV_BE-T-Beziehung kann durch eine Vielzahl verschiedener Schaltungen realisiert werden. Wie in 9 gezeigt, können beispielsweise zeitdiskrete Schaltungen, wie sie beispielsweise in 3 gezeigt sind, verwendet werden, um V_BE1 und V_BE2 unterschiedlich zu verstärken. In diesem Beispiel enthält der Wärmesensor (900) zwei BJT-Zweigen (920, 930). Der erste Zweig (920) enthält eine erste Stromquelle (922) und einen ersten diodenverbundenen Transistor (924); und der zweite Zweig (930) enthält eine zweite Stromquelle (932) und einen zweiten diodenverbundenen Transistor (934). Eine Signalverarbeitungsschaltung enthält in diesem Beispiel ein Paar Schaltkondensatorverstärker (970, 980) vom gleichen Typ wie die in 3 gezeigten Schaltkondensatorverstärker (310, 340). Die Verstärker (970, 980) sind zu dem Zweck verbunden, die Emitterspannungen V_BE1 und V_BE2 von den jeweiligen Zweigen (920, 930) als Eingangssignale zu empfangen. Die Verstärker (970, 980) haben verschiedene Verstärkungen, S₁ und S2. Die Ausgangssignale der Verstärker (970, 980) bilden das Differenzsignal V_BE . S₁ und S2 können so gewählt werden, dass eine dV_BE entsteht, die innerhalb des vorgesehenen Betriebstemperaturbereichs, zum Beispiel von etwa -40°C bis etwa 125°C, zufriedenstellend PTAT ist.
• In einer weiteren Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, enthält ein Dauergleichstrom-Wärmesensor (1000) zwei BJT-Zweigen (1020, 1030). Der erste Zweig (1020) enthält eine erste Stromquelle, die in diesem Beispiel ein MOSFET M1 (1022) ist, und einen ersten diodenverbundenen Transistor (1024); und der zweite Zweig (1030) enthält eine zweite Stromquelle, die in diesem Beispiel ein MOSFET M2 (1032) ist, und einen zweiten diodenverbundenen Transistor (1034). M1 und M2 bilden mit einem anderen Transistor, der in diesem Beispiel ein MOSFET M3 (1040) ist, Stromspiegel und geben durch M3 den gleichen Strom aus wie der Strom I₁. Die Emitterspannung V_BE1 des ersten Transistors (1024) wird an einen Verstärker angelegt, der in diesem Beispiel ein Spannungsteiler ist, der aus den in Reihe geschalteten Widerständen R1 (1052) und R2 (1054) besteht und eine Verstärkung von C_s=R1/(R1+R2) aufweist. Die Ausgangsspannung V₁ der ersten Zweig (1020) wird am Übergang zwischen R1 und R2 gemessen. Die Ausgangsspannung V2 der zweiten Zweig (1030) wird am Emitter des zweiten Transistors (1034) gemessen, d. h. V₂=V_BE2. Die differenzielle Ausgangsspannung des Wärmesensors (1000) ist V_BE=V₁-V₂.
• In einer weiteren Ausführungsform, wie in 11 gezeigt, ist ein Dauergleichstrom-Wärmesensor (1100) ansonsten identisch mit dem Sensor (1000) in 10, mit der Ausnahme, dass ein Treiber (Spannungsfolger) (1160) verwendet wird, um V_BE1 in den Spannungsteiler einzuspeisen, der durch die in Reihe geschalteten Widerstände R1 (1052) und R2 (1054) gebildet wird.
• In einer weiteren Ausführungsform, wie in 12 gezeigt, ist ein Dauergleichstrom-Wärmesensor (1200) den in den 10 und 11 gezeigten Wärmesensoren (1000, 1100) ähnlich, mit der Ausnahme, dass der erste Zweig (1220) zwei Unterzweigen (1220A, 1220B) enthält. Die Unterzweigen (1220A, 1220B) enthalten jeweils eine erste Stromquelle, die in diesem Beispiel ein MOSFET M1 oder M2 (1222A, 1222B) ist, und einen ersten diodenverbundenen Transistor (1224A, 1224B); und der zweite Zweig (1230) enthält eine zweite Stromquelle, die in diesem Beispiel ein MOSFET M3 (1232) ist, und einen zweiten diodenverbundenen Transistor (1234). M1, M2 und M3 bilden mit einem anderen Transistor, der in diesem Beispiel ein MOSFET M4 (1240) ist, Stromspiegel und geben durch M4 den gleichen Strom aus wie der Strom I₁. In diesem Beispiel sind die Stromdichten in den ersten und zweiten Unterzweigen (1220A, 1220B) gleich, unterscheiden sich aber von der Stromdichte in dem zweiten Zweig (1230). Die Emitterspannung VBE1 des ersten Transistors (1224A) wird an einen Koeffizienten (C_s)-Generator angelegt, d. h. an einen Verstärker (zum Beispiel einen Spannungsteiler) (1252). Das Ausgangssignal des Koeffizientengenerators (1252) wird durch eine V_BE-Justierschaltung (1256) feinabgestimmt, die ein Verstärker, wie zum Beispiel ein Stellwiderstand, sein kann, der in Kombination mit einem Widerstand in dem Spannungsteiler (1252) die Ausgangsspannung des Spannungsteilers justieren kann. Die Ausgangsspannung V₁ der V_BE-Justierschaltung (1256) ist mit dem Emitter des ersten diodenverbundenen Transistors (1224B) verbunden. Die Ausgangsspannung V₂ der zweiten Zweig (1230) wird am Emitter des zweiten Transistors (1234) gemessen, d. h. V₂=V_BE2. Die differenzielle Ausgangsspannung des Wärmesensors (1200) ist V_BE=V₁-V₂.
• In einer weiteren Ausführungsform, wie in 13 gezeigt, wird in einem Wärmesensor (1300) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein einzelner diodenverbundener Transistor (1324) verwendet, um abwechselnd V_BEs unter verschiedenen Vorspannungsströmen zu generieren, und die abwechselnd generierten V_BEs werden kombiniert, um ein Signal zu generieren, das im Wesentlichen PTAT ist.
• In dieser Ausführungsform sind zwei Stromquellen (1322, 1332) über jeweilige Schalter (zum Beispiel Schalttransistoren) SW1 und SW2 (1326, 1336) mit dem Emitter des diodenverbundenen Transistors (1324) verbunden. Die Stromquellen (1322, 1332) speisen in den diodenverbundenen Transistor (1324) verschiedene Strompegel ein. Eine V_BE-Justierschaltung (1356) ist durch einen Schalter (zum Beispiel Schalttransistor) SW3 (1358) mit dem diodenverbundenen Transistor (1324) verbunden. Die Schalter SW1, SW2 und SW3 (1326, 1336, 1358) werden durch ein Steuersignal (1360) von einer Verarbeitungseinheit (nicht gezeigt), wie zum Beispiel einer Mikrocontrollereinheit („MCU“), betätigt. Die Emitterspannung des diodenverbundenen Transistors (1324) wird in einen Analog-Digital-Wandler („ADW“) eingespeist; und das Ausgangssignal des ADW ist in einem Prozessor eingespeist, der die Verarbeitungseinheit oder eine separate Verarbeitungseinheit sein kann.
• Während des Betriebes gemäß einer Ausführungsform gibt die Verarbeitungseinheit ein Steuersignal (1360) aus, um SW1 und SW2 abwechselnd einzuschalten und abwechselnd zwei verschiedene Ströme in den diodenverbundenen Transistor (1324) einzuspeisen. Die Verarbeitungseinheit gibt ein Steuersignal (1360) aus, um SW3 einzuschalten, während SW1 eingeschaltet ist oder während SW2 eingeschaltet ist. Somit können in Abhängigkeit von dem Steuersignal (1360) vier V_BEs generiert werden, die dafür verwendet werden können, im Wesentlichen ein PTAT-Wärmesignal zu generieren: V_BE1 ist die Emitterspannung, die durch die erste Stromquelle (1322) ohne V_BE-Justierung generiert wird; V_BE2 ist die Emitterspannung, die durch die zweite Stromquelle (1332) ohne V_BE-Justierung generiert wird; V_BE3 ist die Emitterspannung, die durch die erste Stromquelle (1322) mit V_BE-Justierung generiert wird; und V_BE4 ist die Emitterspannung, die durch die zweite Stromquelle (1332) mit V_BE-Justierung generiert wird. Ein Prozessor (nicht gezeigt), der von dem ADW (1380) die digitalen Darstellungen von V_BE2 und V_BE3 empfängt, kann dV_BE=V_BE3-V_BE2 berechnen, die mit einer zweckmäßigen Einstellung der V_BE-Justierschaltung im Wesentlichen PTAT ist. Alternativ kann der Prozessor von dem ADW (1380) die digitalen Darstellungen von V_BE1 und V_BE4 empfangen und dV_BE=V_BE4-V_BE1 berechnen, die mit einer zweckmäßigen Einstellung der V_BE-Justierschaltung im Wesentlichen PTAT ist. Die erhaltenen Schaltkombinationen und die entsprechende dV_BE sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

  SW1	SW2	SW3	VBE	dVBE
  Ein	Aus	Ein	VBE3	VBE3-VBE2
  Aus	Ein	Aus	VBE2
  Ein	Aus	Aus	VBE1	VBE4-VBE1
  Aus	Ein	Ein	VBE4

• 14 zeigt den Temperaturfehler über einen Temperaturbereich von -40°C bis 125°C am TT-Prozesspunkt eines Prototyp-Wärmesensors von 11 mit einer Einpunktkalibrierung bei 25°C. Wie man sieht, liegt der Temperaturfehler innerhalb von 2°C.
• Während bei vielen der oben beschriebenen Wärmesensoren BJTs zum Generieren temperaturabhängiger Spannungen verwendet werden, können auch andere Vorrichtungen mit temperaturabhängigen Ausgangssignalen verwendet werden. Zum Beispiel kann jede beliebige Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung verwendet werden. Als ein Beispiel werden in einigen Ausführungsformen Dioden anstelle von BJT-Transistoren verwendet. In anderen Beispielen können Feldeffekttransistoren (FETs), wie zum Beispiel MOSFETs, in allen in den 1A, 3-6 und 9-13 gezeigten Wärmesensoren anstelle von BJTs verwendet werden. Genauer gesagt, können FETs verwendet werden, die unter Subschwellenbedingungen arbeiten. In einem konkreteren Beispiel, wie in 15 gezeigt, ist ein Wärmesensor (1500) im Wesentlichen der gleiche wie der in 5 veranschaulichte (500); und der Unterschied besteht darin, dass die diodenverbundenen BJTs (524, 534, 554, 564) in dem Sensor (500) in 5 durch diodenverbundene MOSFETs (1524, 1534, 1554, 1564, 1564), die unter Subschwellenbedingungen arbeiten, in dem Sensor (1500) in 15 ersetzt werden.
• Das oben Dargelegte umreißt Merkmale verschiedener Ausführungsformen, so dass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Dem Fachmann ist klar, dass er die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als Basis für das Entwerfen oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen verwenden kann, um die gleichen Zwecke und/oder die gleichen Vorteile wie bei den im vorliegenden Text vorgestellten Ausführungsformen zu erreichen. Dem Fachmann sollte auch klar sein, dass solche äquivalenten Bauformen nicht das Wesen und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung verlassen, und dass er verschiedene Änderungen, Substituierungen und Modifizierungen an der vorliegenden Erfindung vornehmen kann, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 62738292 [0001]

Claims (20)

1. Wärmesensor, der Folgendes umfasst: eine erste temperaturempfindliche Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, ein erstes temperaturabhängiges Signal zu generieren; eine zweite temperaturempfindliche Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, ein zweites temperaturabhängiges Signal zu generieren; und eine Signalverarbeitungsschaltung, die wirkverbunden ist, um von den ersten und zweiten temperaturempfindlichen Vorrichtungen die ersten und zweiten temperaturabhängigen Signale zu empfangen, und die dafür ausgelegt ist, die empfangenen Signale unter Verwendung voneinander verschiedener Verarbeitungsparameter zu verarbeiten, um ein erstes bzw. ein zweites verarbeitetes Signal zu generieren und ein Ausgangssignal auf der Basis des ersten und des zweiten verarbeiteten Signals zu generieren.
2. Wärmesensor nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungsschaltung dafür ausgelegt ist, das von der ersten temperaturempfindlichen Vorrichtung empfangene Signal mit einem ersten Verstärkungsfaktor zu verarbeiten und das von der zweiten temperaturempfindlichen Vorrichtung empfangene Signal mit einem zweiten Verstärkungsfaktor zu verarbeiten, wobei der zweite Verstärkungsfaktor von dem ersten Verstärkungsfaktor verschieden ist, wobei das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung ein Differenzsignal zwischen den verarbeiteten Signalen ist.
3. Wärmesensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der ersten und der zweiten temperaturempfindlichen Vorrichtung zwei Zweigschaltungen umfasst, wobei jede der beiden Zweigschaltungen eine Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung und eine Stromquelle umfasst, die dafür ausgelegt ist, einen Strom durch die jeweilige Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung zu leiten, wobei jede der Bandlücke-Wärmesensorvorrichtungen dafür ausgelegt ist, in Reaktion auf den durch die Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung geleiteten Strom ein Signal zu generieren.
4. Wärmesensor nach Anspruch 3, wobei das erste temperaturabhängige Signal eine Differenz zwischen den Signalen anzeigt, die durch die beiden Bandlücke-Wärmesensorvorrichtungen in dem ersten Zweig generiert werden, und das zweite temperaturabhängige Signal eine Differenz zwischen den Signalen anzeigt, die durch die beiden Bandlücke-Wärmesensorvorrichtungen in dem zweiten Zweig generiert werden.
5. Wärmesensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der ersten und zweiten temperaturempfindlichen Vorrichtungen eine Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung und eine Stromquelle umfasst, die dafür ausgelegt ist, einen Strom durch die jeweilige Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung zu leiten, wobei die Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung dafür ausgelegt ist, in Reaktion auf den durch die Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung geleiteten Strom ein Signal zu generieren, wobei die Signalverarbeitungsschaltung dafür ausgelegt ist, das durch die Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung generierte Signal mit einem ersten Verstärkungsfaktor zu verarbeiten und das durch die zweite Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung generierte Signal mit einem zweiten Verstärkungsfaktor zu verarbeiten, wobei der zweite Verstärkungsfaktor von dem ersten Verstärkungsfaktor verschieden ist, wobei das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung ein Differenzsignal zwischen den verarbeiteten Signalen ist.
6. Wärmesensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ausgangssignal in einem Temperaturbereich von etwa -50°C bis etwa 150°C im Wesentlichen proportional zu einer absoluten Temperatur an dem Wärmesensor ist.
7. Wärmesensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich jede dem Ausgangssignal entsprechende Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs um nicht mehr als 5°C von einer Temperatur unterscheidet, die durch eine proportionale Beziehung zwischen absoluter Temperatur und Ausgangssignal bestimmt wird.
8. Wärmesensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine lineare Approximation des ersten verarbeiteten Signals als eine Funktion der absoluten Temperatur über den Temperaturbereich einen ersten Versatz bei 0 K aufweist und eine lineare Approximation des zweiten verarbeiteten Signals als eine Funktion der absoluten Temperatur über den Temperaturbereich einen zweiten Versatz bei 0 K aufweist, und der erste und zweite Versatz im Wesentlichen gleich sind.
9. Wärmesensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Signalverarbeitungsschaltung einen zeitdiskreten Verstärker umfasst.
10. Wärmesensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Signalverarbeitungsschaltung einen Dauergleichstromverstärker umfasst.
11. Wärmesensor nach Anspruch 3 und einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der Bandlücke-Wärmesensorvorrichtungen einen bipolaren Sperrschichttransistor umfasst, wobei die Stromquelle und der bipolare Sperrschichttransistor in jedem Zweig dazu eingerichtet sind, eine Stromdichte in dem bipolaren Sperrschichttransistor zu generieren, und wobei die Stromdichten zwischen den beiden Zweigen verschieden sind.
12. Wärmesensor nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jede der Bandlücke-Wärmesensorvorrichtungen einen Feldeffekttransistor umfasst, wobei die Stromquelle und der Feldeffekttransistor in jedem Zweig dazu eingerichtet sind, eine Stromdichte in dem Feldeffekttransistor zu generieren, und wobei die Stromdichten zwischen den beiden Zweigen verschieden sind.
13. Wärmesensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste temperaturempfindliche Vorrichtung bei einer Temperatur angeordnet ist und eine Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung und eine erste Stromquelle umfasst, die dafür ausgelegt ist, einen Strom eines ersten Wertes durch eine erste Schaltvorrichtung hindurch durch die Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung zu leiten; die zweite Stromquelle dafür ausgelegt ist, einen Strom eines zweiten Wertes, der sich von dem ersten Wert unterscheidet, durch eine zweite Schaltvorrichtung hindurch durch die Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung zu leiten, wobei die Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung dafür ausgelegt ist, in Reaktion auf die Temperatur und den Strom eines jeden des ersten und des zweiten Wertes ein Ausgangssignal zu generieren; wobei die Signalverarbeitungsschaltung durch eine dritte Schaltvorrichtung mit der Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung wirkverbunden ist; wobei die ersten, zweiten und dritten Schaltvorrichtungen dafür ausgelegt sind, zusammenwirkend betätigt werden zu können, um abwechselnd den ersten Stromverlauf mit der Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung zu verbinden und die Signalverarbeitungsschaltung zu modifizieren und mit der Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung zu verbinden, wenn der erste Stromverlauf mit der Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung verbunden ist, und die Signalverarbeitungsschaltung von der Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung zu trennen, wenn der zweite Stromverlauf mit der Bandlücke-Wärmesensorvorrichtung verbunden ist.
14. Wärmesensor nach Anspruch 13, der des Weiteren eine Steuereinheit umfasst, die dafür ausgelegt ist, die ersten, zweiten und dritten Schaltvorrichtungen zu betätigen und abwechselnd das Ausgangssignal in Reaktion auf den Strom des ersten Wertes und das Ausgangssignal in Reaktion auf den Strom des zweiten Wertes zu empfangen, und aus den Ausgangssignalen ein Signal zu generieren, das die Temperatur anzeigt.
15. Verfahren zur Temperaturmessung, das Folgendes umfasst: Generieren einer ersten Stromdichte in einer ersten Wärmeabfühlvorrichtung, die bei einer Temperatur, T, angeordnet ist; Generieren einer zweiten Stromdichte in einer zweiten Wärmeabfühlvorrichtung, die bei T angeordnet ist, wobei die zweite Stromdichte von der ersten Stromdichte verschieden ist; Generieren einer dritten Stromdichte in einer dritten Wärmeabfühlvorrichtung, die bei T angeordnet ist; Generieren einer vierten Stromdichte in einer vierten Wärmeabfühlvorrichtung, die bei T angeordnet ist, wobei sich die vierte Stromdichte von der dritten Stromdichte unterscheidet; Erhalten einer ersten Differenzspannung zwischen einer ersten Spannung, die durch die erste Wärmeabfühlvorrichtung in Reaktion auf die erste Stromdichte und T einerseits generiert wird, und einer zweiten Spannung, die durch die zweite Wärmeabfühlvorrichtung in Reaktion auf die zweite Stromdichte und T andererseits generiert wird; Erhalten einer zweiten Differenzspannung zwischen einer dritten Spannung, die durch die dritte Wärmeabfühlvorrichtung in Reaktion auf die dritte Stromdichte und T einerseits generiert wird, und einer vierten Spannung, die durch die vierte Wärmeabfühlvorrichtung in Reaktion auf die vierte Stromdichte und T andererseits generiert wird; Erhalten einer dritten Differenzspannung, dV, zwischen der ersten Differenzspannung, multipliziert mit einem ersten Verstärkungsfaktor, und der zweiten Differenzspannung, multipliziert mit einem zweiten Verstärkungsfaktor, wobei sich der zweite Verstärkungsfaktor von dem ersten Verstärkungsfaktor unterscheidet; und Bestimmen von T auf der Basis der dritten Differenzspannung.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bestimmen der Temperatur, T, Folgendes umfasst: Erhalten eines Wertes, dV₀, der dritten Differenzspannung bei einer einzelnen, bekannten Temperatur, T₀; und Bestimmen der Temperatur, T, als T=dV·T₀/dV₀, wobei T und T₀ in K gemessen werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei: eine lineare Approximation des Produkts zwischen der ersten Differenzspannung und dem ersten Verstärkungsfaktor als eine Funktion der absoluten Temperatur über einen Temperaturbereich hinweg einen ersten Versatz bei 0 K aufweist; eine lineare Approximation des Produkts zwischen der zweiten Differenzspannung und dem zweiten Verstärkungsfaktor als eine Funktion der absoluten Temperatur über einen Temperaturbereich hinweg einen zweiten Versatz bei 0 K aufweist; und das Erhalten der dritten Differenzspannung ein Auswählen des ersten und des zweiten Verstärkungsfaktors dergestalt umfasst, dass der erste und der zweite Versatz im Wesentlichen gleich sind.
18. Verfahren zur Temperaturmessung, das Folgendes umfasst: Generieren einer ersten Stromdichte in einer ersten Wärmeabfühlvorrichtung, die bei einer Temperatur, T, angeordnet ist, um in Reaktion auf die erste Stromdichte und T eine erste Spannung zu generieren; Generieren einer zweiten Stromdichte in einer zweiten Wärmeabfühlvorrichtung, die bei T angeordnet ist, um in Reaktion auf die erste Stromdichte und T eine erste Spannung zu generieren, wobei die zweite Stromdichte von der ersten Stromdichte verschieden ist; Erhalten einer Differenzspannung, dV, zwischen der ersten Spannung, multipliziert mit einem ersten Verstärkungsfaktor, und der zweiten Spannung, multipliziert mit einem zweiten Verstärkungsfaktor, wobei sich der zweite Verstärkungsfaktor von dem ersten Verstärkungsfaktor unterscheidet; und Bestimmen von T auf der Basis der dritten Differenzspannung.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bestimmen der Temperatur, T, Folgendes umfasst: Erhalten eines Wertes, dV₀, der Differenzspannung bei einer einzelnen, bekannten Temperatur, T₀; und Bestimmen der Temperatur, T, als T=dV·T₀/dV₀, wobei T und T₀ in K gemessen werden.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die zweite Wärmeabfühlvorrichtung die erste Wärmeabfühlvorrichtung ist; das Generieren der ersten und der zweiten Stromdichten abwechselnd ausgeführt wird, um in Reaktion auf die erste bzw. die zweite Stromdichte und T abwechselnd eine erste und eine zweite Spannung zu generieren; und das Erhalten der Differenzspannung ein Multiplizieren der ersten Spannung mit dem ersten Verstärkungsfaktor während des Generierens der ersten Stromdichte und ein Multiplizieren der zweiten Spannung mit dem zweiten Verstärkungsfaktor während des Generierens der zweiten Stromdichte umfasst.

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