TWI633286B - 溫度感測電路及其校正方法 - Google Patents

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    • G01K15/005—Calibration

Abstract

一種溫度感測電路的校正方法，其包括：設定一正比絕對溫度電路的電流增益為第一值、接收正比絕對溫度電路於電流增益為第一值時所產生的一第一輸出電壓、設定正比絕對溫度電路的電流增益為第二值、接收正比絕對溫度電路於電流增益為第二值時所產生的一第二輸出電壓、依據第一值、第二值、第一輸出電壓與第二輸出電壓計算一變化斜率，以及根據一標準斜率與變化斜率調整正比絕對溫度電路的電壓增益。

Description

溫度感測電路及其校正方法
本發明是關於一種正比絕對溫度（proportional to absolute temperature，PTAT）電路，特別是一種溫度感測電路及其校正方法。
就積體電路（Integrated Circuit，IC）而言，溫度的變化會影響積體電路的操作點和運算速度。例如，在高溫的環境下，積體電路的特性隨著溫度而改變，進而使積體電路的運算速度和可靠度降低。因此，對於低成本但高性能的溫度感測器的需求便因此產生。
一種溫度感測器，其是利用正比絕對溫度（PTAT）電路來產生溫度指示訊號。為了提高PTAT電路對溫度偵測的準確度，PTAT電路需進行校正程序，以使其溫度對電壓的特性曲線符合標準曲線。現行的校正方法是採用調變環境溫度，即藉由不同的二環境溫度校正PTAT電路。然而，隨著溫度偵測的準確度需求提高，而校正程序所需的測試時間也必須增加。
在一些實施例中，一種溫度感測電路的校正方法，其包括：設定一正比絕對溫度電路的電流增益為第一值、接收正比絕對溫度電路於電流增益為第一值時所產生的一第一輸出電壓、設定正比絕對溫度電路的電流增益為第二值、接收正比絕對溫度電路於電流增益為第二值時所產生的一第二輸出電壓、依據第一值、第二值、第一輸出電壓與第二輸出電壓計算一變化斜率，以及根據一標準斜率與變化斜率設定正比絕對溫度電路的電壓增益。
在一實施例中，一種溫度感測電路，其包括：一正比絕對溫度電流源、一電流放大器、一電流對電壓轉換器、一可编程增益放大器以及一校正單元。電流放大器耦接正比絕對溫度電流源。電流對電壓轉換器耦接電流放大器。可编程增益放大器耦接電流對電壓轉換器。校正單元耦接電流放大器與可编程增益放大器。正比絕對溫度電流源輸出一溫變電流。電流放大器基於一電流增益放大溫變電流。電流對電壓轉換器根據放大後的溫變電流輸出一溫變電壓。可编程增益放大器基於一電壓增益放大溫變電壓成一輸出電壓。校正單元分別取得在同一環境溫度下電流增益在一第一值與一第二值時二輸出電壓，依據第一值、第二值與二輸出電壓計算一變化斜率、根據標準斜率與變化斜率調整電壓增益。
綜上所述，根據本發明之溫度感測電路及其校正方法能提高溫度偵測的準確度並且能相對減少校正程序的測試時間。此外，根據本發明之溫度感測電路及其校正方法能在單一環境溫度下進行較精準的校正程序，例如，其能在直接常溫下執行。
圖1為根據本發明一實施例之溫度感測電路的示意圖。參照圖1，溫度感測電路包括：一正比絕對溫度（PTAT）電路10以及一校正單元20。正比絕對溫度PTAT電路10包括一正比絕對溫度電流源110、一電流放大器130、一電流對電壓轉換器150以及一可编程增益放大器170。正比絕對溫度電流源110、電流放大器130、電流對電壓轉換器150與可编程增益放大器170依序耦接。校正單元20耦接電流放大器130與可编程增益放大器170。於此，正比絕對溫度電流源110的輸出端耦接電流放大器130的輸入端。電流放大器130的輸出端耦接電流對電壓轉換器150的輸入端。電流對電壓轉換器150的輸出端耦接可编程增益放大器170的輸入端。校正單元20耦接電流放大器130的控制端、可编程增益放大器170的輸出端與可编程增益放大器170的控制端。
正比絕對溫度電流源110相應環境溫度輸出一溫變電流。電流放大器130以一電流增益放大溫變電流。電流對電壓轉換器150根據放大後的溫變電流輸出一溫變電壓。可编程增益放大器170以一電壓增益放大溫變電壓成一輸出電壓。其中，正比絕對溫度電流源110、電流放大器130、電流對電壓轉換器150以及可编程增益放大器170的電路架構及其原理為本領域通常知識者所熟知，故不再贅述。
圖2為根據本發明一實施例之溫度感測電路的校正方法的流程圖。圖3為變化斜率的範例之示意圖。參照圖1及圖2，在校正程序下，校正單元20設定電流放大器130的電流增益為第一值G1（步驟S01），並接收PTAT電路10於電流增益為第一值G1時所產生的輸出電壓（以下稱第一輸出電壓V1），即可编程增益放大器170的輸出（步驟S02）。接著，校正單元20再將電流放大器130的電流增益改設定為第二值G2（步驟S03），並接收PTAT電路10於電流增益為第二值G2時所產生的輸出電壓（以下稱第一輸出電壓V2）（步驟S04）。然後，校正單元20依據第一值G1、第二值G2、第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2計算一變化斜率m1（步驟S05），並且根據一標準斜率m2與變化斜率m1設定可编程增益放大器170的電壓增益Gr（步驟S06），如圖3所示。其中，第一值G1不同於第二值G2。變化斜率m1是指輸出電壓隨著電流增益變化的線性曲線的斜率。
於此，至少步驟S01至步驟S04是在同一環境溫度下執行。在一些實施例中，整個校正程序可都在同一環境溫度下執行。其中，環境溫度可為室溫T0，但本發明不限於此。依實際應用，環境溫度亦可為其他溫度T1。
在步驟S06的一實施例中，校正單元20會比較標準斜率m2與變化斜率m1。於標準斜率m2與變化斜率m1不相符時，校正單元20會調整可编程增益放大器170的電壓增益Gr。在一些實施例中，於變化斜率m1大於標準斜率m2時，校正單元20可調降可编程增益放大器170的電壓增益Gr。於變化斜率m1小於標準斜率m2時，校正單元20可調升可编程增益放大器170的電壓增益Gr。
在一些實施例中，校正單元20可採取步進式的調整方式。換言之，校正單元20每次調整可编程增益放大器170的電壓增益Gr一既定單位（如，一個檔位或特定db）。並且，在校正單元20相應標準斜率m2與變化斜率m1的比較結果調整電壓增益Gr後，校正程序則再重複執行步驟S01至步驟S06，以判斷新的變化斜率m1是否符合標準斜率m2。若不符合，校正單元20則再相應調整一既定單位。若符合，則完成校正程序。
在另一實施例中，校正單元20可儲存有標準斜率m2與變化斜率m1的差異相關於電壓增益Gr的對照表。於標準斜率m2與變化斜率m1不相符時，校正單元20則基於標準斜率m2與變化斜率m1的差異從對照表取得對應的電壓增益Gr的調整值，並且得到的調整值設定可编程增益放大器170的電壓增益Gr。
在又一實施例中，校正單元20可儲存有標準斜率m2與變化斜率m1的差異相關於電壓增益Gr的演算法。於標準斜率m2與變化斜率m1不相符時，校正單元20則基於標準斜率m2與變化斜率m1的差異利用演算法計算出對應的電壓增益Gr的調整值，並且計算出的調整值設定可编程增益放大器170的電壓增益Gr。
在一些實施例中，校正單元20可內建或外接有一儲存單元（圖未示）。此儲存單元能儲存執行校正程序所需之資訊，如，標準斜率m2（及前述之對照表或演算法）等。其中，儲存單元可由一個或多個記憶體實現。
在一實施例中，PTAT電路10可為類比輸出，例如輸出可编程增益放大器170所產生的輸出電壓。
在另一實施例中，PTAT電路10可為數位輸出。
圖4為根據本發明另一實施例之溫度感測電路的示意圖。參照圖4，PTAT電路10可更包括一類比數位轉換器190。類比數位轉換器190的輸入端耦接可编程增益放大器170的輸出端。類比數位轉換器190接收可编程增益放大器170所產生的輸出電壓並產生對應輸出電壓的數位信號D。舉例來說，類比數位轉換器190將可编程增益放大器170所產生的輸出電壓轉換為數位信號D。其中，可编程增益放大器170的電路架構及其原理為本領域通常知識者所熟知，故不再贅述。
在一些實施例中，校正單元20可由信號處理電路、微控制器等元件實現。換言之，本發明實施例之溫度感測電路的校正方法能以硬體搭配軟體或韌體來實現。
綜上所述，根據本發明之溫度感測電路及其校正方法能提高溫度偵測的準確度並且能相對減少校正程序的測試時間。此外，根據本發明之溫度感測電路及其校正方法能在單一環境溫度下進行較精準的校正程序，例如，其能在直接常溫下執行。
10‧‧‧正比絕對溫度（PTAT）電路
20‧‧‧校正單元
110‧‧‧正比絕對溫度電流源
130‧‧‧電流放大器
150‧‧‧電流對電壓轉換器
170‧‧‧可编程增益放大器
190‧‧‧類比數位轉換器
Gr‧‧‧電壓增益
G1‧‧‧第一值
G2‧‧‧第二值
V1‧‧‧第一輸出電壓
V2‧‧‧第二輸出電壓
m1‧‧‧變化斜率
m2‧‧‧標準斜率
T0‧‧‧室溫
T1‧‧‧其他溫度
D‧‧‧數位信號
S01‧‧‧設定正比絕對溫度（PTAT）電路的電流增益為第一值
S02‧‧‧接收PTAT電路於電流增益為第一值時所產生的第一輸出電壓
S03‧‧‧設定PTAT電路的電流增益為第二值
S04‧‧‧接收電時PTAT電路於流增益為第二值所產生的第二輸出電壓
S05‧‧‧依據第一值、第二值、第一輸出電壓與第二輸出電壓計算一變化斜率
S06‧‧‧根據一標準斜率與變化斜率調整PTAT電路的電壓增益
圖1為根據本發明一實施例之溫度感測電路的示意圖。 圖2為根據本發明一實施例之溫度感測電路的校正方法的流程圖。 圖3為變化斜率的範例之示意圖。 圖4為根據本發明另一實施例之溫度感測電路的示意圖。

Claims (9)

  1. 一種溫度感測電路的校正方法，包括：設定一正比絕對溫度電路的電流增益為一第一值；接收該正比絕對溫度電路於該電流增益為該第一值時所產生的一第一輸出電壓；設定該正比絕對溫度電路的該電流增益為一第二值；接收該正比絕對溫度電路於該電流增益為該第二值時所產生的一第二輸出電壓，其中該第一輸出電壓與該第二輸出電壓是在同一環境溫度下產生；依據該第一值、該第二值、該第一輸出電壓與該第二輸出電壓計算一變化斜率；以及根據一標準斜率與該變化斜率設定該正比絕對溫度電路的電壓增益。
  2. 如請求項1所述之溫度感測電路的校正方法，其中接收該正比絕對溫度電路於該電流增益為該第一值時所產生的該第一輸出電壓的步驟包括：相應一環境溫度輸出一溫變電流；以該電流增益放大該溫變電流；根據放大後的該溫變電流輸出一溫變電壓；以及以該電壓增益放大該溫變電壓成該第一輸出電壓。
  3. 如請求項1所述之溫度感測電路的校正方法，其中接收該正比絕對溫度電路於該電流增益為該第二值時所產生的該第二輸出電壓的步驟包括：相應一環境溫度輸出一溫變電流；以該電流增益放大該溫變電流；根據放大後的該溫變電流輸出一溫變電壓；以及以該電壓增益放大該溫變電壓成該第二輸出電壓。
  4. 如請求項1所述之溫度感測電路的校正方法，其中該環境溫度為室溫。
  5. 如請求項1所述之溫度感測電路的校正方法，其中該變化斜率為輸出電壓隨著電流增益變化的線性曲線的斜率。
  6. 一種溫度感測電路，包括：一正比絕對溫度電流源，輸出一溫變電流；一電流放大器，耦接該正比絕對溫度電流源，基於一電流增益放大該溫變電流；一電流對電壓轉換器，耦接該電流放大器，根據放大後的該溫變電流輸出一溫變電壓；一可编程增益放大器，耦接該電流對電壓轉換器，基於該電壓增益放大該溫變電壓成一輸出電壓；以及一校正單元，耦接該電流放大器與該可编程增益放大器，分別取得在同一環境溫度下該電流增益在一第一值與一第二值時二該輸出電壓，依據該第一值、該第二值與該二輸出電壓計算一變化斜率、根據一標準斜率與該變化斜率調整該電壓增益。
  7. 如請求項6所述之溫度感測電路，更包括：一類比數位轉換器，耦接該可编程增益放大器，接收該輸出電壓並產生對應該輸出電壓的一數位信號。
  8. 如請求項6所述之溫度感測電路，其中該環境溫度為室溫。
  9. 如請求項6所述之溫度感測電路，其中該變化斜率為輸出電壓隨著電流增益變化的線性曲線的斜率。
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