TWI731708B - 溫度感測裝置以及溫度感測方法 - Google Patents

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TWI731708B
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Abstract

本發明提供一種溫度感測裝置以及溫度感測方法。溫度感測裝置包括感測器以及類比數位轉換器。感測器基於第一條件產生對應於環境溫度的第一感測結果並基於第二條件產生對應於環境溫度的第二感測結果。第二感測結果不同於第一感測結果。類比數位轉換器對第一感測結果以及第二感測結果進行除法運算以獲得商值，並依據商值產生對應於環境溫度的輸出數位碼值。

Description

溫度感測裝置以及溫度感測方法
本發明是有關於一種溫度感測裝置以及溫度感測方法，且特別是有關於一種具有高精準度的溫度感測裝置以及溫度感測方法。
一般來說，溫度感測裝置會藉由感測器來感測溫度，藉以產生對應於溫度的單一個類比訊號。並藉由轉換電路將此類比訊號轉換為一數位訊號。然而，上述的方式會有因為轉換電路所接收的電源的電壓變動而使數位訊號產生偏移。為了改善數位訊號的偏移，前案I460409中揭示了藉由溫度校正單元來排除電壓變動。然而，上述的校正方法會提高溫度感測裝置的設計複雜度。
本發明提供一種溫度感測裝置以及溫度感測方法，可提高溫度感測裝置的感測精準度，並降低溫度感測的複雜度。
本發明的溫度感測裝置包括感測器以及類比數位轉換 器。感測器經配置以基於第一條件產生對應於環境溫度的第一感測結果，並基於不同於第一條件的第二條件產生對應於環境溫度的第二感測結果。第一感測結果不同於第二感測結果類比數位轉換器耦接於感測器。類比數位轉換器經配置以對第一感測結果以及第二感測結果進行除法運算以獲得商值，並依據商值產生對應於環境溫度的輸出數位碼值。
本發明的溫度感測方法包括：基於第一條件產生對應於環境溫度的第一感測結果，基於不同於第一條件的第二條件產生對應於環境溫度的第二感測結果，其中第一感測結果不同於第二感測結果；以及對第一感測結果以及第二感測結果進行除法運算以獲得商值，並依據商值產生對應於環境溫度的輸出數位碼值。
基於上述，本發明藉由感測器反應於環境溫度提供第一感測結果以及第二感測結果，由於第一感測結果不同於第二感測結果，因此本發明可藉由除法運算來消除電源的電壓變動，藉以提高對應於溫度的感測精準度。此外，本發明不需要額外的溫度校正手段。因此溫度感測的複雜度可以被降低。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、200、300:溫度感測裝置
110:感測器
120、220、320:類比數位轉換器
221:運算單元
322:查找表
D1:第一數位碼值
D2:第二數位碼值
DOUT:輸出數位碼值
IS1:第一電流源
IS2:第二電流源
Q:商值
Q1:第一雙極性電晶體
Q2_1~Q2_m:第二雙極性電晶體
S110、S120:步驟
T1、T2、T3:環境溫度
VREFP:頂參考電壓值
VSEN1:第一感測結果
VSEN2:第二感測結果
△V:頂參考電壓值的變動
圖1是依據本發明第一實施例所繪示的溫度感測裝置的裝置 示意圖。
圖2是依據本發明第二實施例所繪示的溫度感測裝置的裝置示意圖。
圖3是依據本發明一實施例所繪示的感測器的電路示意圖。
圖4是依據本發明一實施例所繪示的第一感測結果、第二感測結果以及頂參考電壓值的溫度趨勢圖。
圖5是依據本發明第三實施例所繪示的溫度感測裝置的裝置示意圖。
圖6是依據本發明一實施例所繪示的商值與溫度值的關係圖。
圖7是依據本發明一實施例所繪示的輸出數位碼值與溫度值的關係圖。
圖8是依據本發明一實施例所繪示的溫度感測方法流程圖。
本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的裝置與方法的範例。
請參考圖1，圖1是依據本發明第一實施例所繪示的溫度感測裝置的裝置示意圖。在本實施例中，溫度感測裝置100包括 感測器110以及類比數位轉換器120。感測器110基於第一條件產生對應於環境溫度提供第一感測結果VSEN1。感測器110還基於第二條件產生對應於環境溫度提供第二感測結果VSEN2。在本實施例中，第一感測結果VSEN1以及第二感測結果VSEN2分別是類比電壓訊號，本發明並不以此為限。在一些實施例中，第一感測結果VSEN1以及第二感測結果VSEN2分別是類比電流訊號。在本實施例中，第一條件與第二條件並不相同，因此第一感測結果不同於第二感測結果。舉例來說，第一條件以及第二條件分別是感測器110的第一感測靈敏度以及第二感測靈敏度。感測器110的第一感測靈敏度被設計為不同於第二感測靈敏度。舉例來說，第一條件的感測靈敏度會被設計為高於第二條件的感測靈敏度。另舉例來說，第一條件的感測靈敏度會被設計為低於第二條件的感測靈敏度。類比數位轉換器120耦接於感測器110以接收第一感測結果VSEN1以及第二感測結果VSEN2。類比數位轉換器120對第一感測結果VSEN1以及第二感測結果VSEN2進行除法運算以獲得商值Q，並依據商值Q產生對應於環境溫度的輸出數位碼值DOUT。
在此值得一提的是，溫度感測裝置100是藉由感測器110基於第一條件產生對應於環境溫度提供第一感測結果VSEN1，並基於第二條件產生對應於環境溫度提供第二感測結果VSEN2。由於第一條件不同於第二條件，因此本發明可藉由除法運算來消除電源的電壓變動以產生對應於環境溫度的輸出數位碼值DONT。 因此溫度感測裝置100的感測精準度可以被提高。此外，溫度感測裝置100不需要額外的溫度校正手段。因此，溫度感測裝置100的設計複雜度可以被降低。
請參考圖2，圖2是依據本發明第二實施例所繪示的溫度感測裝置的裝置示意圖。在本實施例中，溫度感測裝置200包括感測器110以及類比數位轉換器220。類比數位轉換器220包括運算單元221。運算單元221耦接於感測器110。運算單元221會接收來自於感測器110的第一感測結果VSEN1以及第二感測結果VSEN2。運算單元221將第一感測結果VSEN1轉換為第一數位碼值D1，並將第二感測結果VSEN2轉換為第二數位碼值D2。運算單元221對第一數位碼值D1以及第二數位碼值D2進行除法運算以獲得商值Q。
在本實施例中，運算單元221可基於類比數位轉換器220內部的頂參考電壓值(如，VREFP)將第一感測結果VSEN1轉換為第一數位碼值D1，並將第二感測結果VSEN2轉換為第二數位碼值D2。舉例來說，運算單元221可依據公式(1)將第一感測結果VSEN1轉換為第一數位碼值D1，並依據公式(2)將第二感測結果VSEN2轉換為第二數位碼值D2。
D1=VSEN1/(VREFP±△V)×2 n ...........................公式(1)
D2=VSEN2/(VREFP±△V)×2 n ...........................公式(2)
其中n等於類比數位轉換器220的位元數。應注意的是，頂參考電壓值可能會受到環境溫度或製程的差異而產生變動 (即，±△V)，進而使第一數位碼值D1、第二數位碼值D2發生偏移。因此，運算單元221會依據公式(3)對第一數位碼值D1以及第二數位碼值D2進行除法運算，藉以獲得商值Q。在公式(3)中，商值Q是將第一數位碼值D1除以第二數位碼值D2的運算結果。在一些實施例中，商值Q可以是將第二數位碼值D2除以第一數位碼值D1的運算結果。
Figure 109119150-A0305-02-0008-2
在此值得一提的是，藉由公式(3)的運算，運算單元221能夠移除頂參考電壓值以及頂參考電壓值的變動(即，VREFP±△V)。如此一來，溫度感測裝置200的感測精準度能夠被提高。此外，溫度感測裝置200不需要額外的溫度校正手段。因此溫度感測裝置200的設計複雜度可以被降低。
請同時參考圖1以及圖3，圖3是依據本發明一實施例所繪示的感測器的電路示意圖。在本實施例中，感測器110包括第一電流源IS1以及第一雙極性電晶體Q1。第一雙極性電晶體Q1的基極耦接至第一雙極性電晶體Q1的集極、類比數位轉換器120以及第一電流源IS1。第一雙極性電晶體Q1的射極耦接至參考低電位(例如是接地)。在本實施例中，感測器110可藉由第一電流源IS1以及第一雙極性電晶體Q1的配置提供第一條件。第一雙極性電晶體Q1的基極以及集極共同被作為感測器110的第一輸出端。感測器110經由第一輸出端將第一感測結果VSEN1提供至類 比數位轉換器120。本實施例的第一雙極性電晶體Q1是由NPN雙極性電晶體來實現。
在一些實施例中，第一雙極性電晶體Q1可以被二極體所取代。舉例來說，二極體的陽極耦接到第一電流源IS1以及類比數位轉換器120。二極體的陽極被作為感測器110的第一輸出端。二極體的陰極耦接至參考低電位。
在一些實施例中，第一雙極性電晶體Q1可以被任意形式N型場效電晶體所取代。舉例來說，N型場效電晶體的閘極耦接至N型場效電晶體的汲極、第一電流源IS1以及類比數位轉換器120。N型場效電晶體的閘極以及汲極共同被作為感測器110的第一輸出端。N型場效電晶體的源極耦接至參考低電位。
在本實施例中，感測器110還包括第二電流源IS2以及第二雙極性電晶體Q2_1~Q2_m。第二雙極性電晶體Q2_1的基極耦接至第二雙極性電晶體Q2_1的集極、類比數位轉換器120以及第二電流源IS2。第二雙極性電晶體Q2_1的射極耦接至參考低電位。第二雙極性電晶體Q2_2的基極耦接至第二雙極性電晶體Q2_2的集極、類比數位轉換器120以及第二電流源IS2。第二雙極性電晶體Q2_2的射極耦接至參考低電位，依此類推。也就是說，第二雙極性電晶體Q2_1~Q2_m分別是以二極體連接(diode-connected)方式被連接，並且彼此相互並聯。在本實施例中，感測器110可藉由第二電流源IS2以及第二雙極性電晶體Q2_1~Q2_m的配置提供不同於第一條件的第二條件。
第二雙極性電晶體Q2_1~Q2_m的基極以及集極共同被作為感測器110的第二輸出端。感測器110經由第二輸出端將第二感測結果VSEN2提供至類比數位轉換器120。本實施例的第二雙極性電晶體Q2_1~Q2_m分別是由NPN雙極性電晶體來實現。
在一些實施例中，第二雙極性電晶體Q2_1~Q2_m分別可以被二極體所取代。舉例來說，多個二極體的陽極共同耦接到第二電流源IS2以及類比數位轉換器120。多個二極體的陽極共同被作為感測器110的第二輸出端。多個二極體的陰極共同耦接至參考低電位。
在一些實施例中，第二雙極性電晶體Q2_1~Q2_m分別可以被任意形式N型場效電晶體所取代。舉例來說，多個N型場效電晶體的閘極分別耦接至多個N型場效電晶體的汲極、第二電流源IS2以及類比數位轉換器120。多個N型場效電晶體的閘極以及汲極共同被作為感測器110的第二輸出端。多個N型場效電晶體的源極耦接至參考低電位。
為了便於說明，本實施例的第一雙極性電晶體Q1的數量以一個為例。本發明的第一雙極性電晶體的數量可以是多個，並且第一雙極性電晶體的數量少於第二雙極性電晶體的數量。本發明的第一雙極性電晶體的數量並不以本實施例為限。
請參考同時參考圖2、圖3以及圖4，圖4是依據本發明一實施例所繪示的第一感測結果、第二感測結果以及頂參考電壓值的溫度趨勢圖。類比數位轉換器220的內部的頂參考電壓值 VREFP可能會受到環境溫度或製程的差異而產生變動(即，±△V)。基於圖3的設計，第一感測結果VSEN1以及第二感測結果VSEN2會隨著溫度的上升而下降。此外，第一感測結果VSEN1的變化量大於第二感測結果VSEN2的變化量(本發明並不以此為限)。由此可知，基於圖3的設計，第一感測結果VSEN1的變化量會大於第二感測結果VSEN2的變化量。舉例來說，在環境溫度T1，第二感測結果VSEN2與第一感測結果VSEN1之間會產生對應於環境溫度T1的差異。在環境溫度T2，第二感測結果VSEN2與第一感測結果VSEN1之間會產生對應於環境溫度T2的差異。在環境溫度T3，第二感測結果VSEN2與第一感測結果VSEN1之間會產生對應於環境溫度T3的差異。對應於環境溫度T1、T2、T3的差異彼此不相同(如，對應於環境溫度T3的差異>對應於環境溫度T2的差異>對應於環境溫度T1的差異)。因此，類比數位轉換器220的運算單元221能夠就由除法運算來獲得關聯於環境溫度T1、T2、T3的商值Q。由於商值Q已經移除頂參考電壓值VREFP以及頂參考電壓值VREFP的變動(即，VREFP±△V)，因此商值Q並不會受到頂參考電壓值VREFP的影響而發生偏移。
在本實施例中，第一電流源IS1所提供的電流值可以大於第二電流源IS2所提供的電流值。如此一來，第一感測結果VSEN1的變化量會更大於第二感測結果VSEN2的變化量，藉以提高溫度感測裝置200對環境溫度T1、T2、T3的識別效果。
請同時參考圖5、圖6以及圖7，圖5是依據本發明第三 實施例所繪示的溫度感測裝置的裝置示意圖。圖6是依據本發明一實施例所繪示的商值與溫度值的關係圖。圖7是依據本發明一實施例所繪示的輸出數位碼值與溫度值的關係圖。在本實施例中，溫度感測裝置300包括感測器110以及類比數位轉換器320。類比數位轉換器320包括查找表322。在本實施例中，第一條件與第二條件並不相同，使得第一感測結果VSEN1的變化量會大於第二感測結果VSEN2的變化量。因此，類比數位轉換器320將第一感測結果VSEN1除以第二感測結果VSEN2以產生商值Q。因此，在圖6所示的關係圖中，溫度(即，環境溫度)越高，商值Q則越低，然本發明並不以此為限。在一些實施例中，類比數位轉換器320可將第二感測結果VSEN2除以第一感測結果VSEN1以產生商值Q。因此，在圖6所示的關係圖中，溫度(即，環境溫度)越高，商值Q則越高。
類比數位轉換器320可依據商值Q以及查找表322產生輸出數位碼值DOUT。在本實施例中，商值Q與溫度值之間的關係(如，圖6)以及溫度值與輸出數位碼值DOUT的關係(如，圖7)可作為查找表322。也就是說，查找表322紀錄了對應於商值Q的溫度值，也紀錄了對應於溫度值的輸出數位碼值DOUT。因此，類比數位轉換器320可依據商值Q以及查找表322產生溫度值，並依據溫度值以及查找表322產生輸出數位碼值DOUT。
為了確保圖6所呈現的趨勢為單調性(Monotonic)以及提高感測解析度，類比數位轉換器320的位元數要大於12位元。 舉例來說，類比數位轉換器320可以輸出16位元的輸出數位碼值DOUT。
在一些實施例中，類比數位轉換器320還包括運算單元(第二實施例的運算單元221)。在此些實施例中，類比數位轉換器320能夠藉由前述的公式(1)~公式(3)獲得商值Q。
請同時參考圖1以及圖8，圖8是依據本發明一實施例所繪示的溫度感測方法流程圖。在步驟S110中，基於第一條件產生對應於環境溫度提供第一感測結果VSEN1，並基於第二條件產生對應於環境溫度提供第二感測結果VSEN2。在步驟S120中，對第一感測結果VSEN1以及第二感測結果VSEN2進行除法運算以獲得商值Q，並依據商值Q產生對應於環境溫度的輸出數位碼值DOUT。步驟S120可以是由類比數位轉換器120來執行。應能理解的是，圖8的溫度感測方法流程也能夠適用於第二實施例的溫度感測裝置200以及第三實施例的溫度感測裝置300。步驟S110、S120的實施細節可以由圖1至圖7中的多個實施例中獲致足夠的教示，因此恕不在此重述。
綜上所述，本發明的溫度感測裝置以及溫度感測方法是藉由感測器基於第一條件產生對應於環境溫度的第一感測結果，並基於第二條件產生對應於環境溫度的第二感測結果。由於第一感測結果不同於第二感測結果，本發明可藉由除法運算來消除電源的電壓變動，藉以提高溫度感測的感測精準度。此外，本發明不需要額外的溫度校正手段。如此一來，溫度感測裝置的設計複 雜度可以被降低。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:溫度感測裝置
110:感測器
120:類比數位轉換器
DOUT:輸出數位碼值
Q:商值
VSEN1:第一感測結果
VSEN2:第二感測結果

Claims (11)

  1. 一種溫度感測裝置，包括： 一感測器，經配置以基於一第一條件產生對應於一環境溫度的一第一感測結果，並基於不同於該第一條件的一第二條件產生對應於該環境溫度的一第二感測結果，其中該第一感測結果不同於該第二感測結果；以及 一類比數位轉換器，耦接於該感測器，經配置以對該第一感測結果以及該第二感測結果進行除法運算以獲得一商值，並依據該商值產生對應於該環境溫度的一輸出數位碼值。
  2. 如請求項1所述的溫度感測裝置，其中該類比數位轉換器包括： 一運算單元，耦接於該感測器，經配置以將該第一感測結果轉換為一第一數位碼值，將該第二感測結果轉換為一第二數位碼值，並對該第一數位碼值以及該第二數位碼值進行除法運算以獲得該商值。
  3. 如請求項1至請求項2中的任一項所述的溫度感測裝置，該類比數位轉換器包括： 一查找表，經配置以紀錄對應於該商值的該輸出數位碼值， 其中該類比數位轉換器依據該商值以及該查找表產生該輸出數位碼值。
  4. 如請求項3所述的溫度感測裝置，其中該類比數位轉換器依據該商值以及該查找表產生一溫度值，並依據該溫度值以及該查找表產生該輸出數位碼值。
  5. 如請求項1所述的溫度感測裝置，其中： 該感測器包括： 一第一電流源； 一第一雙極性電晶體，該第一雙極性電晶體的基極耦接至該第一雙極性電晶體的集極、該類比數位轉換器以及該第一電流源，該第一雙極性電晶體的射極耦接至一參考低電位； 一第二電流源；以及 彼此並聯連接的多個第二雙極性電晶體，該些第二雙極性電晶體的基極分別耦接至該些第二雙極性電晶體的集極、該類比數位轉換器以及該第二電流源，該些第二雙極性電晶體的射極分別耦接至該參考低電位。
  6. 如請求項5所述的溫度感測裝置，其中該第一電流源所提供的電流值大於該第二電流源所提供的電流值。
  7. 如請求項1所述的溫度感測裝置，其中： 該類比數位轉換器為M位元類比數位轉換器，並且 M大於12。
  8. 一種溫度感測方法，包括： 基於一第一條件產生對應於一環境溫度的一第一感測結果，並基於不同於該第一條件的一第二條件產生對應於該環境溫度的一第二感測結果，其中該第一感測結果不同於該第二感測結果；以及 對該第一感測結果以及該第二感測結果進行除法運算以獲得一商值，並依據該商值產生對應於該環境溫度的一輸出數位碼值。
  9. 如請求項8所述的溫度感測方法，其中對該第一感測結果以及該第二感測結果進行除法運算以獲得該商值的步驟包括： 將該第一感測結果轉換為一第一數位碼值，將該第二感測結果轉換為一第二數位碼值，並對該第一數位碼值以及該第二數位碼值進行除法運算以獲得該商值。
  10. 如請求項8至請求項9中的任一項所述的溫度感測方法，其中依據該商值產生對應於該環境溫度的該輸出數位碼值的步驟包括： 提供用以紀錄對應於該商值的該輸出數位碼值的一查找表；以及 依據該商值以及該查找表產生該輸出數位碼值。
  11. 如請求項10所述的溫度感測方法，其中依據該商值以及該查找表產生該輸出數位碼值的步驟包括： 依據該商值以及該查找表產生一溫度值，並依據該溫度值以及該查找表產生該輸出數位碼值。
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