TWI847468B - 自我調整溫度斜率校準方法及系統 - Google Patents

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TWI847468B
TWI847468B TW111150892A TW111150892A TWI847468B TW I847468 B TWI847468 B TW I847468B TW 111150892 A TW111150892 A TW 111150892A TW 111150892 A TW111150892 A TW 111150892A TW I847468 B TWI847468 B TW I847468B
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謝明翰
黃俊嘉
趙建勝
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聯發科技股份有限公司
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Abstract

本發明提供了一種熱感測器的自我調整溫度斜率校準方法和系統，該方法包括以下步驟：獲取熱感測器在溫度環境下的參數；在不使用其他溫度環境下的熱感測器參數的情況下，利用在該溫度環境下得到的熱感測器的參數來校準熱感測器的溫度斜率；儲存熱感測器的溫度斜率，以備後續偵測溫度之用。由於只需要建立一種溫度環境，因而具有較低的成本，系統可以在較短的時間內完成溫度斜率校準。

Description

自我調整溫度斜率校準方法及系統
本發明涉及溫度傳感和感測，更具體地，涉及使用一種溫度環境對溫度感測器的溫度斜率進行校準的方法和系統。
雙極結型電晶體(bipolar junction transistor，BJT)的基極-發射極結具有依賴於溫度的可預測傳遞函數(predictable transfer function)。因此，一個或多個BJT可用於測量器件的溫度。由於半導體工藝的差異，需要對熱感測器進行校準以確定偏移量和溫度斜率(temperature slope)以供進一步使用，其中校準溫度斜率需要獲得在例如30℃和85℃兩種不同溫度環境下的兩個BJT參數，然後使用這兩個BJT參數和兩個不同的溫度來確定溫度斜率。但是，建立兩個不同的溫度環境需要更高的成本，也使得校準溫度斜率的時間更長。
因此，本發明的目的在於提供一種自我調整溫度斜率校準方法及相關系統，能夠通過僅在一個溫度環境下獲得的BJT參數來確定熱感測器的溫度斜率，以解決上述問題。
根據本發明的一個實施例，一種熱感測器的自我調整溫度斜率校準 方法包括以下步驟：獲取熱感測器在溫度環境下的參數；在不使用其他溫度環境下的熱感測器的參數的情況下，利用在該溫度環境下得到的熱感測器的參數來校準熱感測器的溫度斜率；儲存熱感測器的溫度斜率，以備後續檢測溫度之用。
根據本發明的一個實施例，公開了一種自我調整溫度斜率校準系統，包括熱感測器、感測電路和溫度斜率校準單元。感測電路用以獲得熱感測器在溫度環境下的參數。溫度斜率校準單元，用於在不使用其他溫度環境下熱感測器的參數的情況下，利用在該溫度環境下獲得的熱感測器的參數來校準熱感測器的溫度斜率，其中，存儲熱感測器的溫度斜率，以供後續檢測溫度使用。
本發明可以利用僅在一種溫度環境中獲得的BJT參數來計算溫度斜率。由於只需要建立一種溫度環境，因而具有較低的成本，系統可以在較短的時間內完成溫度斜率校準。
本領域習知技藝者在閱讀了以下各種附圖中所示的優選實施例的詳細描述後，本發明的這些和其他目標無疑將變得顯而易見。
100:系統
110:熱感測器
120:感測電路
130:溫度斜率校準單元
140:溫度計算電路
400~408:步驟
本發明通過結合附圖，閱讀隨後的詳細描述和實施例可以更全面地理解，其中：第1圖是根據本發明一個實施例的系統。
第2圖是示出根據本發明一個實施例的不同極端(corner)情況及其對應的溫度斜率的示意圖。
第3圖是示出根據本發明另一實施例的不同極端情況及其對應的溫度斜率的示意圖。
第4圖為根據本發明一個實施例的自我調整溫度斜率校正方法的流程圖。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，電子設備製造商可以會用不同的名詞來稱呼同一元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區別的基準。在通篇說明書及後續的申請專利範圍當中所提及的“包括”是開放式的用語，故應解釋成“包括但不限定於”。此外，“耦接”一詞在此是包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置電性連接於第二裝置，則代表該第一裝置可直接連接於該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地連接至該第二裝置。
第1圖是根據本發明一個實施例的系統100。如第1圖所示，系統100包括熱感測器110、感測電路120、溫度斜率校準單元130和溫度計算電路140。在本實施例中，熱感測器110包括至少一個BJT，系統100被配置為使用BJT的參數來獲得溫度斜率的校準，以確定包括熱感測器110的設備的當前溫度。
如本發明背景技術中所述，傳統的溫度斜率校準需要在兩個不同的溫度下進行，建立兩個不同的溫度環境需要較高的成本，也使得校準溫度斜率的時間較長。為了解決這個問題，系統100被設計成使用僅在一個溫度環境中獲得的BJT參數來確定溫度斜率。具體而言，包含熱感測器110的設備可置於常溫(如30℃)的環境中，感測電路120感測熱感測器110以取得熱感測器110的參數。在一個實施例中，參數可以是BJT的基極-發射極電壓(base-emitter voltage，VBE)，其中基極-發射極電壓可以通過對BJT施加固定的偏置電流並測量基極和發射極之間的電壓差來獲得。在一個實施例中，該參數可以是BJT的delta基極-發射極電壓(delta VBE)，其中可以通過向兩個或多個BJT施加固定偏置電流並校準該兩個或多個BJT的基極-發射極電壓之間的差異來獲得delta基極-發射極電壓 (例如，如果包含兩個BJT，可以對這兩個BJT施加不同的偏置電流並得到兩個VBE值，取這兩個VBE之差，即delta VBE。或者如果包含一個BJT，可以對此BJT施加兩個偏置電流並得到兩個VBE值，取這兩個VBE之差，即delta VBE)。在一個實施例中，BJT的基極-發射極電壓或BJT的delta基極-發射極電壓可以被編碼或通過類比數位轉換操作來執行，以生成代碼作為熱感測器110的參數。在一個實施例中，BJT的基極-發射極電壓或BJT的delta基極-發射極電壓可以由電壓-頻率轉換器處理以產生頻率信號。在一個實施例中，該參數可以是BJT的電流(例如從BJT的發射極流出的電流)。需要說明的是，上述實施例僅供說明，並非是對本發明的限制。只要參數是根據BJT的測量結果生成的，則參數可以是任何類型。
獲得在常溫(單個溫度)下熱感測器110的參數之後，溫度斜率校準單元130可以利用該參數計算熱感測器110的溫度斜率。在本實施例中，熱感測器110的溫度斜率可以使用以下公式計算：T_slope=T_slope_golden+((P_calibrate/P_golden)-1)*C..........(1)； 其中“T_slope”為自我調整溫度斜率；“P_calibrate”為常溫下熱感測器110的參數，例如，可以是在如上所述的30℃常溫下由感測電路感測的熱感測器110的參數(例如BJT的VBE或delta VBE)；“T_slope_golden”為溫度斜率的參考值，例如，可以是在無任何半導體工藝誤差的情況下BJT的理想的溫度斜率；“P_golden”為熱感測器110的參數的參考值，例如，可以是在無任何半導體工藝誤差的情況下，BJT在如上所述的30℃常溫下所對應理想的VBE或delta VBE值；“C”是一個常數。通過使用上述公式(1)，僅使用由感測電路120所感測的一個參數，就可容易地計算出熱感測器110的溫度斜率。感測“P_calibrate”時的溫度應當與獲得“P_golden”時的溫度是相同值。注意，這裡30℃只是舉例說明，也可以例如25℃、18℃等其他溫度。
第2圖是示出根據本發明一個實施例的不同極端(corner)情況及其對應的溫度斜率的示意圖。如第2圖所示，參數為基極-發射極電壓，熱感測器110的基極-發射極電壓與溫度成線性關係。通過使用公式(1)，對於熱感測器110的任何極端情況(例如，如第2圖所示的慢速BJT(BJT_SS)、典型的BJT(BJT_TT)和快速BJT(BJT_FF))(由於半導體制程工藝的差異，BJT的溫度斜率可能與理想值存在偏差，但是其總是在BJT_SS與BJT_FF之間變化)，可以確定熱感測器110的基極-發射極電壓與溫度之間的線性關係的斜率。
第3圖是示出根據本發明另一實施例的不同極端情況及其對應的溫度斜率的示意圖。如第3圖所示，該參數為delta基極-發射極電壓，熱感測器110的delta基極-發射極電壓與溫度成線性關係。通過使用公式(1)，對於熱感測器110的任何極端情況(例如，如第3圖所示的慢速BJT(BJT_SS)、典型的BJT(BJT_TT)和快速BJT(BJT_FF))，可以確定熱感測器110的delta基極-發射極電壓與溫度之間的線性關係的斜率。
需要說明的是，上述公式(1)為示例性說明，並非對本發明的限制。在其他實施例中，只要利用感測電路120在單一溫度下所感測的參數可輕易計算出熱感測器110的溫度斜率，亦可使用其他計算步驟計算溫度斜率，例如，溫度斜率可以是參數的二次函數(quadratic function)。
另外，在常溫下得到的參數可以作為偏移量(offset)，以供系統100需要檢測溫度時的後續使用。
在溫度斜率校準單元130確定自我調整溫度斜率之後，溫度計算電路140可以存儲該溫度斜率並使用該溫度斜率和偏移來確定溫度。例如，當系統100需要確定溫度時，溫度計算電路140可以利用熱感測器110的當前感測參數和先前確定的溫度斜率和偏移來計算當前溫度，即，當前溫度等於溫度斜率乘以當前檢測的參數與偏移量之和。
第4圖為根據本發明一個實施例的自我調整溫度斜率校正方法的流程圖。參照第4圖及以上實施例，流程描述如下。
步驟400：流程開始。
步驟402：設置一個溫度環境。
步驟404：獲取該溫度環境下的熱感測器的參數。
步驟406：根據熱感測器的參數，校準熱感測器的溫度斜率。
步驟408：存儲熱感測器的溫度斜率，以供檢測溫度時後續使用。
簡而言之，在本發明的自我調整溫度斜率校準方法中，可以利用僅在一種溫度環境中獲得的BJT參數來計算溫度斜率。因此，由於只需要建立一種溫度環境，因而校準步驟具有較低的成本，系統可以在較短的時間內完成溫度斜率校準。
本領域的習知技藝者將容易地認識到在保留本發明的教導的同時可以對裝置和方法進行許多修改和改變。因此，上述公開內容應被解釋為僅受所附申請專利範圍的限制。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100:系統
110:熱感測器
120:感測電路
130:溫度斜率校準單元
140:溫度計算電路

Claims (16)

  1. 一種自我調整溫度斜率校準方法，包括：在溫度環境下獲取熱感測器的參數；在不使用其他溫度環境下所述熱感測器的所述參數的情況下，利用在所述溫度環境下得到的所述熱感測器的所述參數來校準所述熱感測器的溫度斜率；以及存儲所述熱感測器的所述溫度斜率，以供後續檢測溫度使用。
  2. 如請求項1之自我調整溫度斜率校準方法，其中，所述熱感測器包括至少一個雙極結型電晶體(BJT)，所述獲取所述溫度環境下的所述熱感測器的參數的步驟包括：根據所述BJT的基極-發射極電壓生成所述熱感測器的參數。
  3. 如請求項1之自我調整溫度斜率校準方法，其中，所述熱感測器包括至少一個BJT，所述獲取所述溫度環境下的所述熱感測器的參數的步驟包括：根據所述BJT的delta基極-發射極電壓生成所述熱感測器的參數。
  4. 如請求項1之自我調整溫度斜率校準方法，其中，所述熱感測器包括至少一個BJT，所述獲取所述溫度環境下的所述的熱感測器的參數的步驟包括：根據所述BJT的基極-發射極電壓或所述BJT的delta基極-發射極電壓，產生頻率信號作為所述熱感測器的參數。
  5. 如請求項1之自我調整溫度斜率校準方法，其中，所述熱感測器包括至少一個BJT，所述獲取所述溫度環境下的所述的熱感測器的參數的步驟包括：根據所述BJT的電流生成所述熱感測器的參數。
  6. 如請求項1之自我調整溫度斜率校準方法，其中，在不使用其他溫度環境下所述熱感測器的參數的情況下利用在所述溫度環境下得到的所述熱感測器的參數來校準所述熱感測器的溫度斜率的步驟包括：利用在所述溫度環境下獲得的所述熱感測器的所述參數、所述溫度斜率的參考值和所述熱感測器的所述參數的參考值來計算所述熱感測器的所述溫度斜率。
  7. 如請求項6之自我調整溫度斜率校準方法，其中，利用在所述溫度環境下獲得的所述熱感測器的所述參數、所述溫度斜率的參考值和所述熱感測器的所述參數的參考值來計算所述熱感測器的所述溫度斜率的步驟包括：利用下述公式計算所述熱感測器的所述參數：T_slope=T_slope_golden+((P_calibrate/P_golden)-1)*C其中，“T_slope”為所述溫度斜率，“P_calibrate”為在所述溫度環境下獲得的所述熱感測器的參數，“T_slope_golden”為所述溫度斜率的參考值，“P_golden”為所述熱感測器的所述參數的參考值，“C”為常數。
  8. 如請求項6之自我調整溫度斜率校準方法，其中，所述熱感測器包括至少一個BJT，所述溫度環境下獲得的所述熱感測器的所述參數是根據所述BJT的基極-發射極電壓或所述BJT的delta基極-發射極電壓產生的。
  9. 一種自我調整溫度斜率校準系統，包括：熱感測器；感測電路，耦接所述熱感測器，用以獲得在溫度環境下所述熱感測器的參數；以及溫度斜率校準單元，用以在不使用其他溫度環境下所述熱感測器的所述參數的情況下，通過利用在所述溫度環境下得到的所述熱感測器的所述參數來校 準所述熱感測器的溫度斜率，其中所述熱感測器的所述溫度斜率被存儲以供後續檢測溫度使用。
  10. 如請求項9之自我調整溫度斜率校準系統，其中，所述熱感測器包括至少一個BJT，並且所述感測電路根據所述BJT的基極-發射極電壓生成所述熱感測器的所述參數。
  11. 如請求項9之自我調整溫度斜率校準系統，其中，所述熱感測器包括至少一個BJT，並且所述感測電路根據所述BJT的delta基極-發射極電壓產生所述熱感測器的所述參數。
  12. 如請求項9之自我調整溫度斜率校準系統，其中，所述熱感測器包括至少一個BJT，並且所述感測電路根據所述BJT的基極-發射極電壓或delta基極-發射極電壓產生頻率信號作為所述熱感測器的所述參數。
  13. 如請求項9之自我調整溫度斜率校準系統，其中，所述熱感測器包括至少一個BJT，並且所述感測電路根據所述BJT的電流生成所述熱感測器的所述參數。
  14. 如請求項9之自我調整溫度斜率校準系統，其中，所述溫度斜率校準單元使用在所述溫度環境下獲得的所述熱感測器的所述參數、所述溫度斜率的參考值和所述熱感測器的所述參數的參考值來計算所述熱感測器的所述溫度斜率。
  15. 如申請專利範圍14所述的系統，其中，所述溫度斜率校準單元利用下述公式計算所述熱感測器的所述參數：T_slope=T_slope_golden+((P_calibrate/P_golden)-1)*C其中，“T_slope”為所述溫度斜率，“P_calibrate”為在所述溫度環境下獲得的所述熱感測器的參數，“T_slope_golden”為所述溫度斜率的參考值，“P_golden”為所述熱感測器的所述參數的參考值，“C”為常數。
  16. 如請求項14之自我調整溫度斜率校準系統，其中，所述熱感測器包括至少一個BJT，並且所述溫度斜率校準單元根據所述BJT的基極-發射極電壓或所述BJT的delta基極-發射極電壓生成所述溫度環境下獲得的所述熱感測器的所述參數。
TW111150892A 2022-01-14 2022-12-30 自我調整溫度斜率校準方法及系統 TWI847468B (zh)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998055842A1 (en) 1997-06-02 1998-12-10 Sensarray Corporation A temperature calibration substrate

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