專利名稱：全集成數(shù)字溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度測量技術(shù)，尤其為溫度補(bǔ)償晶體的溫度檢測電路。
背景技術(shù)：
數(shù)字化、智能化、集成化和標(biāo)準(zhǔn)化已成為當(dāng)今溫度傳感器技術(shù)發(fā)展的主流。傳統(tǒng)的 由非集成工藝制作的信號(hào)單元、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器和總線組合構(gòu)成的系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智 能傳感器的最快捷方案，然而，顯然這種方案帶來高成本不適合當(dāng)今競爭異常激烈的無線 通信應(yīng)用中，而采用高集成度、低成本化的標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)是其發(fā)展的必然方向，并且 愈來愈多的溫度傳感器采用數(shù)字輸出，作為溫度顯示接口的輸入或其它功能模塊的信號(hào)輸 入，不但實(shí)現(xiàn)了技術(shù)成熟的數(shù)字信號(hào)調(diào)理方式，而且提高了系統(tǒng)集成度，降低了成本，更具 競爭優(yōu)勢。溫度傳感技術(shù)的一個(gè)很重要領(lǐng)域是溫度補(bǔ)償晶體的實(shí)現(xiàn)。眾所周知，晶體振蕩器 又稱石英晶體諧振器由于具有良好的頻率穩(wěn)定性而一直作為主要的精確頻率源來使用。同 時(shí)，隨著便攜式電子產(chǎn)品如通訊設(shè)備等的飛速發(fā)展，對(duì)頻率源的精確性提出越來越高的要 求，例如，無線通信中頻率合成器的時(shí)鐘參考輸入在其工作溫度范圍內(nèi)不夠精確，會(huì)使頻率 合成器輸出噪聲性能降低和增加穩(wěn)定時(shí)間等。然而，由于晶體本身所固有的溫度特性，其振 蕩頻率隨溫度變化呈近似的三次曲線關(guān)系(對(duì)于常用的AT切割型晶體來說)，影響其應(yīng)用 的溫度范圍，成為制約其應(yīng)用的重要因素。因此為在較寬溫度范圍內(nèi)獲得更高穩(wěn)定性的精 確頻率源(如精度小于lOppm，ppm為每百萬分之一)，通常需要對(duì)其進(jìn)行溫度補(bǔ)償。晶體的頻率溫度補(bǔ)償主要通過改變振蕩電路中變?nèi)莨艿目刂齐妷菏蛊潆娙荽笮?發(fā)生變化，進(jìn)而改變頻率大小，這里變?nèi)莨艿目刂齐妷和ǔ７Q為補(bǔ)償電壓，它是來自溫度傳 感電路的信號(hào)，與溫度成一定的比例關(guān)系(例如，對(duì)于AT切割型的晶體來講，它與溫度呈近 似的三次函數(shù)關(guān)系)。圖1為常見的補(bǔ)償晶體的基本示意框圖。圖1中感溫單元通常為模 擬電路，實(shí)現(xiàn)方法主要有三種1)由于PN結(jié)電壓在較寬的溫度范圍內(nèi)與溫度呈近似的線性 關(guān)系，因而通常用PN結(jié)電壓或與其相關(guān)的模擬信號(hào)如與溫度成正比(PTAT)的電流來得到 感溫信號(hào)；2)利用M0S管的閾值電壓與溫度成近似的線性關(guān)系生成感溫信號(hào)，通常其溫度 線性范圍比PN結(jié)窄，不適用工作溫度較寬的應(yīng)用；3)采用熱敏電阻通常最簡捷，但在大都 數(shù)IC工藝?yán)飳?shí)現(xiàn)溫度線性度良好的熱敏電阻不太容易，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，其成本也相對(duì)提高 很多。在以上三種方法中，通常采用由PN結(jié)電壓轉(zhuǎn)換成的PTAT電流作為感溫信號(hào)，因?yàn)槠?與溫度的線性度比PN電壓更好，并且襯底PN結(jié)相比橫向PN結(jié)具有更小的壓敏系數(shù)，更適 合作感溫元件，顯然易見，標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝正好能夠提供這種器件。然而，這三種方法實(shí)現(xiàn)得 到絕對(duì)精度很大程度上都與工藝誤差有關(guān)，如果要得到較好的絕對(duì)精度，需要設(shè)法消除工 藝的離散性帶來的影響，如采用動(dòng)態(tài)電流匹配技術(shù)減小工藝偏差對(duì)PTAT電流的影響，而這 必然會(huì)增加了電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜性和提高了系統(tǒng)成本。通常，感溫信號(hào)需轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送 到可編程只讀存儲(chǔ)器(EER0M)電路中，查找補(bǔ)償系數(shù)，再經(jīng)由三次函數(shù)發(fā)生器得到補(bǔ)償電 壓。將感溫信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的功能由圖1中的A/D轉(zhuǎn)換電路完成。如圖1中虛線框所示，偏置電路、感溫單元、A/D轉(zhuǎn)換電路和編碼電路實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)數(shù)字溫度傳感器，它將 溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)以供給其它電路處理。通常，A/D轉(zhuǎn)換電路采用了模擬電壓比較 器，對(duì)模擬電壓比較參考電壓精度要求高。此參考電壓需要工藝補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)高 精度，如采用斬波技術(shù)(CHOP)減小電壓基準(zhǔn)電路中運(yùn)放的失調(diào)、增加二階或更高階溫度補(bǔ) 償電路和采用修調(diào)技術(shù)獲得精確的電壓等，顯然這增加設(shè)計(jì)的難度。另外，若要提高溫度傳 感器的精度需要增加A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出位數(shù)，導(dǎo)致需要使用更多的模擬電壓比較器，大 大地增加了芯片面積，提高了系統(tǒng)成本。由于感溫信號(hào)是個(gè)低頻信號(hào)，采用E A-ADC能夠 提高溫度傳感器的精度，但這大大增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜性，增加了功耗。SAR(successive approximation register)胃夕去力 ^ 胃夕去。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種新型的溫度傳感器方案，實(shí) 現(xiàn)了與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容、低成本的全集成數(shù)字溫度傳感器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是全集成數(shù)字溫度傳感器，包括一用于消除溫度延遲鏈最小延遲影響的時(shí)間偏移矯 正電路和一時(shí)間比較器，所述時(shí)間偏移矯正電路的輸出端分別連接有一與溫度有關(guān)的溫度 延遲鏈和一與溫度基本無關(guān)的可調(diào)參考延遲鏈，所述溫度延遲鏈的輸出端和可調(diào)參考延遲 鏈的輸出端分別與時(shí)間比較器的輸入端連接，所述可調(diào)參考延遲鏈的另一輸入端連接有一 電流基準(zhǔn)電路，所述時(shí)間比較器的輸出端連接有SAR控制邏輯，所述SAR控制邏輯的一輸出 端與可調(diào)參考延遲鏈的輸入端連接并用于延遲設(shè)置，所述SAR控制邏輯的另一輸出端與時(shí) 間偏移矯正電路的輸入端相連接，所述SAR控制邏輯的另一輸入端連接有時(shí)鐘CK信號(hào)。進(jìn)一步，所述溫度延遲鏈包括M個(gè)串聯(lián)的反相器，其中M為正偶數(shù)，所述M個(gè)串聯(lián) 的反相器的輸出端連接有N個(gè)串聯(lián)的兩數(shù)據(jù)輸入端相連接的雙路選擇器，其中N代表的數(shù) 量為與參考延遲鏈中雙路選擇器的數(shù)量相等，所述N個(gè)雙路選擇器的數(shù)據(jù)選擇輸入端都接 高電平VDD，所述第N個(gè)雙路選擇器的輸出端連接有一緩沖器，所述緩沖器由兩個(gè)反相器串 聯(lián)構(gòu)成。進(jìn)一步，所述可調(diào)參考延遲鏈包括N組串聯(lián)的可調(diào)參考延遲模塊，所述每一組可 調(diào)參考延遲模塊都包括一雙路選擇器，所述雙路選擇器的一數(shù)據(jù)輸入端不設(shè)延遲與上一組 的輸出端連接，所述雙路選擇器的另一數(shù)據(jù)輸入端通過可調(diào)參考延遲單元再與上一組的輸 出端連接，所述雙路選擇器的數(shù)據(jù)選擇輸入端與SAR控制邏輯的一輸出位連接，所述第1組 可調(diào)參考延遲單元為2°個(gè)串聯(lián)的參考延遲電路，第2組可調(diào)參考延遲單元為21個(gè)串聯(lián)的參 考延遲電路，第N組可調(diào)參考延遲單元為2N_i個(gè)串聯(lián)的參考延遲電路，所述第N組可調(diào)參考 延遲模塊的輸出端連接有一緩沖器。進(jìn)一步，所述參考延遲電路包括PM0S(P1、P2、P3)、NMOS(NU N2、N3)和電容 ((1、〔2)，所述？1 5( 1)的源極接電源VDD、柵極接信號(hào)Pb、漏極連接PM0S(P2)的源極和 PMOS (P3)的源極，所述NMOS (N1)的源極接地、柵極接信號(hào)Nb、漏極連接NMOS (N2)的源極和 NMOS (N3)的源極，所述PMOS (P2)和NMOS (N2)的柵極相連并連接信號(hào)CLK，所述PMOS (P2) 和NM0S(N2)的漏極相連并與電容C1的一端、PMOS (P3)的柵極和NMOS (N3)的柵極相連，所 述PM0S(P3)的漏極和NMOS (N3)的漏極相連并連接電容C2的一端、信號(hào)CLK_DELAY，所述電容C1、C2的另一端接地。更進(jìn)一步，所述電容C1和電容C2的電容大小相等。進(jìn)一步，所述時(shí)間偏移矯正電路包括上升沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器(DEF1)和下降沿觸 發(fā)的D型觸發(fā)器(DEF2)，所述兩個(gè)觸發(fā)器的D輸入端相連并連接到電源VDD，所述兩個(gè)觸發(fā) 器的時(shí)鐘端相連并連接到SAR控制邏輯的輸出端，所述上升沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器(DEF1)的 輸出端與溫度延遲鏈的輸入端連接，所述下降沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器(DEF2)的輸出端與可調(diào) 參考延遲鏈的輸入端連接。進(jìn)一步，所述SAR控制邏輯的輸出為控制N個(gè)雙路選擇器的選通的數(shù)字控制信號(hào) 矢量D^. . . DN_i，首先使DN_i為1，其余數(shù)字信號(hào)位都為0，則只有第N組可調(diào)參考延遲模塊 接入延遲主通路，通過時(shí)間比較器進(jìn)行比較，若此時(shí)可調(diào)參考延遲鏈的延遲大于溫度參考 延遲鏈延遲，將DN_i置為0，否則保留，這樣依次將Dn_2、Dn_3。。。隊(duì)進(jìn)行同樣的操作，最終得 到的信號(hào)矢量肌Dh值即為所求。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，可實(shí)現(xiàn)全集成，不但降低了 全集成數(shù)字溫度傳感器的芯片成本，而且實(shí)現(xiàn)更簡單可靠，可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度測量。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是傳統(tǒng)的溫度補(bǔ)償晶體基本示意框圖；圖2是本發(fā)明數(shù)字溫度傳感器電路框圖；圖3是本發(fā)明可調(diào)延遲鏈電路框圖；圖4是本發(fā)明參考延遲電路圖；圖5是本發(fā)明時(shí)間偏移矯正電路圖。
具體實(shí)施例方式參照圖2，全集成數(shù)字溫度傳感器，包括一用于消除溫度延遲鏈最小延遲影響的時(shí) 間偏移矯正電路和一時(shí)間比較器，所述時(shí)間偏移矯正電路的輸出端分別連接有一與溫度有 關(guān)的溫度延遲鏈和一與溫度基本無關(guān)的可調(diào)參考延遲鏈，所述溫度延遲鏈的輸出端和可調(diào) 參考延遲鏈的輸出端分別與時(shí)間比較器的輸入端連接，所述可調(diào)參考延遲鏈的另一輸入端 連接有一電流基準(zhǔn)電路，所述時(shí)間比較器的輸出端連接有SAR控制邏輯，所述SAR控制邏輯 的一輸出端與可調(diào)參考延遲鏈的輸入端連接并用于延遲設(shè)置，所述SAR控制邏輯的另一輸 出端與時(shí)間偏移矯正電路的輸入端相連接，所述SAR控制邏輯的另一輸入端連接有時(shí)鐘CK 信號(hào)。進(jìn)一步，所述溫度延遲鏈包括M個(gè)串聯(lián)的反相器，其中M為正偶數(shù)，所述M個(gè)串聯(lián) 的反相器的輸出端連接有N個(gè)串聯(lián)的兩數(shù)據(jù)輸入端相連接的雙路選擇器，其中N代表的數(shù) 量為與參考延遲鏈中雙路選擇器的數(shù)量相等，所述N個(gè)雙路選擇器的數(shù)據(jù)選擇輸入端都接 高電平VDD，所述第N個(gè)雙路選擇器的輸出端連接有一緩沖器，所述緩沖器由兩個(gè)反相器串 聯(lián)構(gòu)成。溫度延遲鏈的N個(gè)串聯(lián)的雙路選擇器用來抵消參考延遲鏈中雙路選擇器的延遲影 響，溫度延遲鏈中的緩沖器用來抵消參考延遲鏈中緩沖器的延遲影響。進(jìn)一步參照圖3，所述可調(diào)參考延遲鏈包括N組串聯(lián)的可調(diào)參考延遲模塊，所述每一組可調(diào)參考延遲模塊都包括一雙路選擇器，所述雙路選擇器的一數(shù)據(jù)輸入端不設(shè)延遲與 上一組的輸出端連接，所述雙路選擇器的另一數(shù)據(jù)輸入端通過可調(diào)參考延遲單元再與上一 組的輸出端連接，所述雙路選擇器的數(shù)據(jù)選擇輸入端與SAR控制邏輯的一輸出位連接，所 述第1組可調(diào)參考延遲單元為2°個(gè)串聯(lián)的參考延遲電路，第2組可調(diào)參考延遲單元為21個(gè) 串聯(lián)的參考延遲電路，第N組可調(diào)參考延遲單元為2N_i個(gè)串聯(lián)的參考延遲電路，所述第N組 可調(diào)參考延遲模塊的輸出端連接有一緩沖器。進(jìn)一步參照圖4，所述參考延遲電路包括？1 5( 1、？2、？3)、匪05(附、擬州3)和電 容((1丄2)，所述？1 5( 1)的源極接電源VDD、柵極接信號(hào)Pb、漏極連接PM0S(P2)的源極和 PM0S(P3)的源極，所述NMOS(m)的源極接地、柵極接信號(hào)Nb、漏極連接NM0S(N2)的源極和 NMOS (N3)的源極，所述PMOS (P2)和NMOS (N2)的柵極相連并連接信號(hào)CLK，所述PMOS (P2) 和NM0S(N2)的漏極相連并與電容C1的一端、PMOS (P3)的柵極和NMOS (N3)的柵極相連，所 述PM0S(P3)的漏極和NMOS (N3)的漏極相連并連接電容C2的一端、信號(hào)CLK_DELAY，所述電 容C1、C2的另一端接地。更進(jìn)一步，所述電容C1和電容C2的電容大小相等。進(jìn)一步參照圖5，所述時(shí)間偏移矯正電路包括上升沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器(DEF1)和 下降沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器(DEF2)，所述兩個(gè)觸發(fā)器的D輸入端相連并連接到電源VDD，所述 兩個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘端相連并連接到SAR控制邏輯的輸出端，所述上升沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器 (DEF1)的輸出端與溫度延遲鏈的輸入端連接，所述下降沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器(DEF2)的輸出 端與可調(diào)參考延遲鏈的輸入端連接。進(jìn)一步，所述SAR控制邏輯的輸出為控制N個(gè)雙路選擇器的選通的數(shù)字控制信號(hào) 矢量D^. . . DN_i，首先使DN_i為1，其余數(shù)字信號(hào)位都為0，則第N組可調(diào)參考延遲模塊接入 延遲主通路，通過時(shí)間比較器進(jìn)行比較，若此時(shí)可調(diào)參考延遲鏈的延遲大于溫度參考延遲 鏈延遲，將DN_i置為0，否則保留，這樣依次將Dn_2、Dn_3。。。隊(duì)進(jìn)行同樣的操作，最終得到的 信號(hào)矢量DA Dh值即為所求。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，下面進(jìn)一步詳細(xì)舉例陳述本發(fā)明方案溫度延遲鏈生成溫度延遲信號(hào)，其延遲與溫度近似成正比關(guān)系，不同的延遲代表 不同的溫度；可調(diào)參考延遲鏈生成參考延遲信號(hào)，它是由參考延遲電路和雙路選擇器組合 單元級(jí)連而成，每個(gè)組合單元由(N為大于0的正整數(shù))參考延遲電路和1個(gè)雙路選擇器 并聯(lián)構(gòu)成，即第1個(gè)組合單元為1個(gè)參考延遲電路和1個(gè)雙路選擇器并聯(lián)、第2個(gè)組合單元 為2個(gè)參考延遲電路和1個(gè)雙路選擇器并聯(lián)、第3個(gè)組合單元為4個(gè)參考延遲電路和1個(gè) 雙路選擇器并聯(lián)等，這些組合單元串連在一起構(gòu)成了可調(diào)參考延遲鏈。參考延遲電路的延 遲基本與工藝、溫度無關(guān)，通過組合單元中的雙路選擇器來控制該組合單元中的參考延遲 是否接入提供延遲時(shí)間的主通路中，從而輸出各種的參考延遲，實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)。例如一個(gè)參 考延遲電路的延遲為t，第1個(gè)組合單元的參考延遲選通接入延遲主通路中，其余N-1個(gè)組 合單元的參考延遲都未接入延遲主通路，則可調(diào)參考延遲鏈的延遲時(shí)間為t (這里暫時(shí)忽 略雙路選擇器延遲時(shí)間)；同樣地，若第1個(gè)組合單元的參考延遲和第3個(gè)組合單元的參考 延遲同時(shí)選通接入延遲主通路中，其余N-2個(gè)組合單元的參考延遲都未接入延遲主通路， 則可調(diào)參考延遲鏈的延遲時(shí)間為t+22t即5t。N個(gè)組合單元產(chǎn)生2N個(gè)延遲時(shí)間。每個(gè)雙路 選擇器由一位數(shù)字信號(hào)控制。在某一溫度下，溫度延遲鏈的延遲時(shí)間是一定的，與該溫度相對(duì)應(yīng)，不斷的改變N位數(shù)字信號(hào)，使可調(diào)參考延遲鏈的延遲盡量接近溫度延遲鏈的延遲，當(dāng) 它們基本一致時(shí)，此時(shí)的N位數(shù)字控制信號(hào)的值代表了該溫度，從而實(shí)現(xiàn)了溫度的數(shù)字化 表示。使可調(diào)參考鏈延遲接近溫度延遲鏈延遲得到N位數(shù)字控制信號(hào)值的過程采用SAR算 法。SAR算法基本過程是數(shù)字控制信號(hào)矢量D^. . . DN_i控制N個(gè)雙路選擇器的選通，首先使 為1，其余數(shù)字信號(hào)位都為0，則只有第N個(gè)組合單元的參考延遲接入延遲主通路，通過 時(shí)間比較器進(jìn)行比較，若此時(shí)可調(diào)參考延遲鏈的延遲大于溫度參考延遲鏈延遲，將DN_i置為 0，否則保留。這樣依次將Dn_2、Dn_3。。。隊(duì)進(jìn)行同樣的操作，最終得到的信號(hào)矢量D0D1 . . DN1 值即為所求。圖1中虛線框中各模塊實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)傳統(tǒng)的數(shù)字溫度傳感器方案，其中偏置 電路和感溫單元為模擬電路，A/D轉(zhuǎn)換電路通常也由模擬電壓比較器構(gòu)成。該方案成本較高。圖2所示實(shí)施例是本文要闡述的新型數(shù)字溫度傳感器方案。溫度延遲鏈生成與溫 度近似成正比的溫度延遲信號(hào)，主要由許多溫度延遲單元級(jí)連(正偶數(shù)個(gè)反相器串聯(lián))構(gòu) 成，并串連了與可調(diào)延遲鏈中一樣的N個(gè)雙路選擇器，以抵消可調(diào)延遲鏈中N個(gè)雙路選擇器 帶來的延遲影響。圖3為本實(shí)施例中的可調(diào)延遲鏈，每個(gè)組合單元由2M(N為大于0的正整數(shù))參 考延遲電路和雙路選擇器組合而成，各組合單元級(jí)連形成可調(diào)延遲鏈。圖4所示的參考延遲電路的延遲基本與工藝和溫度無關(guān)，當(dāng)時(shí)鐘CLK由低電平向 高電平轉(zhuǎn)換，N2管導(dǎo)通，P2管關(guān)斷，電容C1放電，其電壓下降到某一電平時(shí)，P3管導(dǎo)通，N3 管關(guān)斷，電容C2充電，其電壓上升。整個(gè)過程的充放電時(shí)間與電流和電容大小有關(guān)，而電流 和電容的精準(zhǔn)度可以做到較高，從而使延遲基本與工藝和溫度無關(guān)。由于溫度延遲鏈的延 遲不可能為0，通常存在較大的最小延遲，而為了抵消這個(gè)最小延遲需要在可調(diào)參考延遲鏈 中加入相同延遲大小的參考延遲鏈，但這會(huì)增加較大的面積。為解決這個(gè)問題，在本實(shí)施例中采用了時(shí)間偏移矯正電路，如圖5所示，DFF1和 DFF2分別由時(shí)鐘上升沿和下降沿觸發(fā)，它們的時(shí)鐘信號(hào)都接啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)信號(hào)的脈寬與 時(shí)間偏差大小相同，那么兩個(gè)觸發(fā)器輸出信號(hào)的上升沿具有與時(shí)間偏差一樣大小的延遲， 這兩個(gè)輸出信號(hào)分別加到溫度延遲鏈和可調(diào)參考延遲鏈的輸入，從而消除了溫度延遲鏈最 小延遲的影響。SAR控制邏輯主要由循環(huán)計(jì)數(shù)器和復(fù)位邏輯組成，在時(shí)鐘信號(hào)的作用下，循 環(huán)計(jì)數(shù)器為雙路選擇器提供數(shù)字控制信號(hào)，如N為4，則循環(huán)計(jì)數(shù)器輸出“ 1000”、“0100”、 “0010”、“0001”。復(fù)位邏輯則決定循環(huán)計(jì)數(shù)器各個(gè)輸出位是按邏輯1或0鎖存到臨時(shí)寄存 器中。例如tl時(shí)刻，循環(huán)計(jì)數(shù)器開始新一輪計(jì)數(shù)，輸出“1000”為雙路選擇器提供數(shù)字控 制信號(hào)，可調(diào)參考延遲鏈產(chǎn)生與“1000”相對(duì)應(yīng)的延遲信號(hào)，與溫度延遲信號(hào)一起送到時(shí)間 比較器，若可調(diào)參考延遲信號(hào)延遲大于溫度信號(hào)延遲信號(hào)，則時(shí)間比較器輸出高電平信號(hào)， 并送給復(fù)位邏輯，則復(fù)位邏輯將“ 1000”中的邏輯“ 1 ”變?yōu)檫壿嫛?”，同時(shí)保存到該位對(duì)應(yīng)臨 時(shí)寄存器中；若可調(diào)參考延遲信號(hào)延遲小于或等于溫度信號(hào)延遲信號(hào)，則時(shí)間比較器輸出 低電平信號(hào)，復(fù)位邏輯不操作，同時(shí)將邏輯“1”送到該位對(duì)應(yīng)臨時(shí)寄存器中。同樣地，對(duì)于 循環(huán)計(jì)數(shù)器依次輸出“0100”、“0010”、“0001”，其操作過程依此類推。當(dāng)循環(huán)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié) 束時(shí)，臨時(shí)寄存器中的值被鎖存到輸出寄存器中。接著開始新一輪循環(huán)計(jì)數(shù)。此時(shí)輸出寄 存器中的值代表相應(yīng)的溫度值，準(zhǔn)確地說，應(yīng)該是與該溫度能夠最接近的值。因?yàn)榭烧{(diào)參考延遲鏈的延遲是特定的離散值，最小延遲變化值為參考延遲電路的延遲大小，而溫度延遲 信號(hào)的延遲變化大小可以是無窮小，當(dāng)溫度延遲信號(hào)和參考延遲信號(hào)的延遲差小于一個(gè)參 考延遲電路的延遲大小時(shí)，時(shí)間比較器不能準(zhǔn)確分辨出來，因此，理論上來說，數(shù)字輸出信 號(hào)所代表的溫度值與實(shí)際的溫度值存在的最大誤差為一個(gè)參考延遲電路延遲大小。因此， 數(shù)字輸出信號(hào)位數(shù)N值越大，參考延遲電路延遲越小，則數(shù)字溫度傳感器精度越高。時(shí)間比 較器功能比較簡單，即比較兩個(gè)延遲信號(hào)的延遲大小，通過一個(gè)簡單的D型觸發(fā)器由參考 延遲信號(hào)的上升沿對(duì)溫度延遲信號(hào)進(jìn)行采樣，可以實(shí)現(xiàn)此功能。 以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施 例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可作出種種的等同變形或替 換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
全集成數(shù)字溫度傳感器，其特征在于包括一用于消除溫度延遲鏈最小延遲影響的時(shí)間偏移矯正電路和一時(shí)間比較器，所述時(shí)間偏移矯正電路的輸出端分別連接有一與溫度有關(guān)的溫度延遲鏈和一與溫度基本無關(guān)的可調(diào)參考延遲鏈，所述溫度延遲鏈的輸出端和可調(diào)參考延遲鏈的輸出端分別與時(shí)間比較器的輸入端連接，所述可調(diào)參考延遲鏈的另一輸入端連接有一電流基準(zhǔn)電路，所述時(shí)間比較器的輸出端連接有SAR控制邏輯，所述SAR控制邏輯的一輸出端與可調(diào)參考延遲鏈的輸入端連接并用于延遲設(shè)置，所述SAR控制邏輯的另一輸出端與時(shí)間偏移矯正電路的輸入端相連接，所述SAR控制邏輯的另一輸入端連接有時(shí)鐘CK信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全集成數(shù)字溫度傳感器，其特征在于所述溫度延遲鏈包括M個(gè)串聯(lián)的反相器，其中M為正偶數(shù)，所述M個(gè)串聯(lián)的反相器的輸出端連接有N個(gè)串聯(lián)的兩 數(shù)據(jù)輸入端相連接的雙路選擇器，其中N代表的數(shù)量為與參考延遲鏈中雙路選擇器的數(shù)量 相等，所述N個(gè)雙路選擇器的數(shù)據(jù)選擇輸入端都接高電平VDD，所述第N個(gè)雙路選擇器的輸 出端連接有一緩沖器，所述緩沖器由兩個(gè)反相器串聯(lián)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全集成數(shù)字溫度傳感器，其特征在于所述可調(diào)參考延遲鏈 包括N組串聯(lián)的可調(diào)參考延遲模塊，所述每一組可調(diào)參考延遲模塊都包括一雙路選擇器， 所述雙路選擇器的一數(shù)據(jù)輸入端不設(shè)延遲與上一組的輸出端連接，所述雙路選擇器的另一 數(shù)據(jù)輸入端通過可調(diào)參考延遲單元再與上一組的輸出端連接，所述雙路選擇器的數(shù)據(jù)選擇 輸入端與SAR控制邏輯的一輸出位連接，所述第1組可調(diào)參考延遲單元為2°個(gè)串聯(lián)的參考 延遲電路，第2組可調(diào)參考延遲單元為21個(gè)串聯(lián)的參考延遲電路，第N組可調(diào)參考延遲單元 為個(gè)串聯(lián)的參考延遲電路，所述第N組可調(diào)參考延遲模塊的輸出端連接有一緩沖器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全集成數(shù)字溫度傳感器，其特征在于所述時(shí)間偏移矯正電 路包括上升沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器(DEFl)和下降沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器(DEF2)，所述兩個(gè)觸發(fā) 器的D輸入端相連并連接到電源VDD，所述兩個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘端相連并連接到SAR控制邏輯 的輸出端，所述上升沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器(DEFl)的輸出端與溫度延遲鏈的輸入端連接，所 述下降沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器(DEF2)的輸出端與可調(diào)參考延遲鏈的輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全集成數(shù)字溫度傳感器，其特征在于所述SAR控制邏輯的 輸出為控制N個(gè)雙路選擇器的選通的數(shù)字控制信號(hào)矢量DciD1-Dim，首先使Dim為1，其余數(shù) 字信號(hào)位都為0，則只有第N組可調(diào)參考延遲模塊接入延遲主通路，通過時(shí)間比較器進(jìn)行比 較，若此時(shí)可調(diào)參考延遲鏈的延遲大于溫度參考延遲鏈延遲，將Dim置為0，否則保留，這樣 依次將D1^DwDtl進(jìn)行同樣的操作，最終得到的信號(hào)矢量DA··· Dim值即為所求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全集成數(shù)字溫度傳感器，包括一時(shí)間偏移矯正電路和一時(shí)間比較器，所述時(shí)間偏移矯正電路的輸出端分別連接有一溫度延遲鏈和一可調(diào)參考延遲鏈，所述溫度延遲鏈的輸出端和可調(diào)參考延遲鏈的輸出端分別與時(shí)間比較器的輸入端連接，所述可調(diào)參考延遲鏈的另一輸入端連接有一電流基準(zhǔn)電路，所述時(shí)間比較器的輸出端連接有SAR控制邏輯，所述SAR控制邏輯的一輸出端與可調(diào)參考延遲鏈的輸入端連接，其另一輸出端與時(shí)間偏移矯正電路的輸入端相連接，其另一輸入端連接有時(shí)鐘CK信號(hào)。本發(fā)明與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，可實(shí)現(xiàn)全集成，不但降低了芯片成本，而且實(shí)現(xiàn)更簡單可靠。本發(fā)明作為一種全集成數(shù)字溫度傳感器廣泛應(yīng)用于溫度測量過程中。
文檔編號(hào)G01K7/42GK101846556SQ20101015154
公開日2010年9月29日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者王冬春 申請人:廣州市廣晟微電子有限公司