采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器。該高精度溫度傳感器至少包括：溫度傳感器本體及連接溫度傳感器本體的濾波單元；其中，溫度傳感器本體包含的運(yùn)算放大器和/或比較器中，至少一者具有斬波功能，溫度傳感器本體在每一個(gè)斬波相位都產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)輸出，且濾波單元在每一個(gè)斬波相位均基于所述溫度傳感器本體的當(dāng)前輸出數(shù)據(jù)與之前輸出的2N-1個(gè)輸出數(shù)據(jù)的平均值來輸出當(dāng)前感測(cè)結(jié)果；N為大于等于1的整數(shù)。由此可見，由于所有或者部分影響檢測(cè)精度的運(yùn)算放大器和比較器均采用斬波技術(shù)，使得系統(tǒng)中的直流失調(diào)信息體現(xiàn)在相鄰的兩個(gè)ADC數(shù)字輸出值中，最后通過2N點(diǎn)移動(dòng)平均的方式消除直流失調(diào)電壓，由此可有效提高溫度傳感器精度。
【專利說明】采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控、環(huán)境控制和科學(xué)研究等很多領(lǐng)域，都需要溫度的測(cè)量與控制。 隨著1C工藝技術(shù)的發(fā)展，具有數(shù)字輸出功能的集成溫度傳感器成為一個(gè)重要的趨勢(shì)，集成 溫度傳感器主要由溫度傳感、基準(zhǔn)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、控制電路等構(gòu)成，和傳統(tǒng)溫度傳感 器相比有很多優(yōu)點(diǎn)；體積小，功耗低，輸出特性好，可直接與數(shù)字系統(tǒng)連接。
[0003] 例如，在申請(qǐng)?zhí)枮?3210314. X的中國專利文獻(xiàn)中，公開了一種溫度測(cè)量電路。該 溫度測(cè)量電路通過溫度感測(cè)電路將溫度轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)vin，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù) 字信號(hào)，其中，溫度感測(cè)電路有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是提供晶體管發(fā)射極電流的恒流源與 PNP管連接、PNP管發(fā)射極與放大器連接，放大器輸出連接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；另一種是固定偏 置電壓的NM0S管M0和Ml分別與PNP管Q0和Q1連接，PNP管Q1和Q0的發(fā)射極分別與放 大器的正負(fù)輸入端連接，放大器輸出連接模數(shù)轉(zhuǎn)化電路，其中，NM0S管M0和Ml的面積比為 1 ;N，PNP管Q1和Q0的面積比為M ;1。
[0004] 此外，在申請(qǐng)?zhí)枮?00910247176. 6的中國專利文獻(xiàn)中，公開了一種CMOS開關(guān)電流 溫度傳感器電路及其控制方法；在專利號(hào)為6183131的美國專利文獻(xiàn)中公開了一種線性型 溫度傳感器等，該些溫度傳感器采用溫度檢測(cè)和模數(shù)轉(zhuǎn)換方案均能實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。
[0005] 然而，該些溫度傳感器中的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中的比較器或者運(yùn)算放大器存在輸入失 調(diào)，還有基準(zhǔn)、溫度感測(cè)和控制電路中所有運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓等非理想因素，均會(huì) 影響溫度檢測(cè)精度，故難W應(yīng)用在需要高精度的溫度傳感器的場(chǎng)合，故，迫切需要對(duì)現(xiàn)有溫 度傳感器進(jìn)行改進(jìn)，W提高其檢測(cè)精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于W上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種采用斬波技術(shù)的高精 度溫度傳感器，用于解決運(yùn)算放大器及比較器等的輸入失調(diào)電壓對(duì)感測(cè)精度的影響。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳 感器，其至少包括：
[0008] 溫度傳感器本體及連接所述溫度傳感器本體的濾波單元；其中，所述溫度傳感器 本體包含的運(yùn)算放大器和/或比較器中，至少一者具有斬波功能，所述溫度傳感器本體在 每一個(gè)斬波相位都產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)輸出，且所述濾波單元在每一個(gè)斬波相位均基于所述溫度 傳感器本體的當(dāng)前輸出數(shù)據(jù)與之前輸出的2N-1個(gè)輸出數(shù)據(jù)的平均值來輸出當(dāng)前感測(cè)結(jié) 果；N為大于等于1的整數(shù)。
[0009] 優(yōu)選地，所述溫度傳感器本體包括基于H極管邸結(jié)來感測(cè)溫度的溫度傳感 器；更為優(yōu)選地，所述溫度傳感器本體包含的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可為逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器或 sigma-delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。
[0010] 優(yōu)選地，所述溫度傳感器本體包含的基準(zhǔn)電路中的運(yùn)算放大器為具有斬波功能的 放大器。
[0011] 優(yōu)選地，所述溫度傳感器本體包含的信號(hào)放大器為具有斬波功能的放大器。
[001引優(yōu)選地，當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器包含比較器和/或運(yùn)算放大器時(shí)，則該比較器和/或運(yùn)算放 大器優(yōu)選為具有斬波功能的比較器。
[0013] 如上所述，本發(fā)明的采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器，具有W下有益效果；所有 或者部分影響檢測(cè)精度的運(yùn)算放大器和比較器均采用斬波技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)采用相同的斬波 時(shí)序，且在每一個(gè)斬波相位溫度傳感器本體都產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)輸出，該樣使得系統(tǒng)中的直流 失調(diào)信息體現(xiàn)在相鄰的兩個(gè)ADC數(shù)字輸出值中，最后通過2N (N為自然數(shù))點(diǎn)移動(dòng)平均的方 式消除直流失調(diào)電壓，由此來有效提高溫度傳感器精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1顯示為本發(fā)明的采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器示意圖。
[0015] 圖2顯示為本發(fā)明的采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器的一種優(yōu)選示意圖。
[0016] 圖3顯示為本發(fā)明的采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器的一種優(yōu)選電路示意圖。
[0017] 圖4顯示為圖3所示的高精度溫度傳感器的2點(diǎn)移動(dòng)平均輸出示意圖。
[0018] 元件標(biāo)號(hào)說明
[0019] 1 高精度溫度傳感器
[0020] 11 溫度傳感器本體
[002。 12 濾波單元
[0022] 111 基準(zhǔn)和溫度感測(cè)電路
[0023] 112、113、115 具有斬波功能的運(yùn)算放大器
[0024] 114 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換電路
[002引 116 比較器

【具體實(shí)施方式】
[0026] W下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人±可由本說明 書所掲露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0027] 請(qǐng)參閱圖1至圖4。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用 W配合說明書所掲示的內(nèi)容，W供熟悉此技術(shù)的人±了解與閱讀，并非用W限定本發(fā)明可 實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào) 整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所掲示的技 術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如"上"、"下"、"左"、"右"、"中間"及 "一"等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用W限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的 改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0028] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器。所述高精度溫 度傳感器1至少包括：溫度傳感器本體11及濾波單元12。
[0029] 所述溫度傳感器本體11用于感測(cè)溫度，且其所包含的運(yùn)算放大器及比較器中的 至少一者具有斬波功能，所述溫度傳感器本體11在每一個(gè)斬波相位都產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)輸出。
[0030] 其中，所述溫度傳感器本體11可包括任何一種具有斬波功能的運(yùn)算放大器和/或 比較器且能感測(cè)溫度的傳感器，優(yōu)選地，包括但不限于；基于H極管BE結(jié)來感測(cè)溫度的溫 度傳感器，而該溫度傳感器包含的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可為任何一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，優(yōu)選地包括但不 限于；逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器、sigma-delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。
[0031] 例如，如圖2所示，其為一種優(yōu)選溫度傳感器本體示意圖，該溫度傳感器包含斬波 基準(zhǔn)電路、斬波放大器1、斬波放大器2及斬波模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。其中，斬波基準(zhǔn)電路包括 具有斬波功能的運(yùn)算放大器W及能提供Vbe電壓或與絕對(duì)溫度成正比（propcxrtional to 油solute temperature, PTAT)的化tat電壓W及參考電壓化ef的電路；所述斬波放大器 1與斬波放大器2均為有斬波功能的運(yùn)算放大器；所述斬波ADC為包含具有斬波功能的運(yùn) 算放大器的ADC。
[0032] 需要說明的是，上述所示僅僅只是列示，而非對(duì)本發(fā)明的限制，事實(shí)上，任何包含 有斬波功能的運(yùn)算放大器和/或比較器的溫度傳感器本體，例如，包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器且該模 數(shù)轉(zhuǎn)換器中的比較器具有斬波功能的溫度傳感器本體，又例如，包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器且該模數(shù) 轉(zhuǎn)換器中的運(yùn)算放大器及比較器均具有斬波功能的溫度傳感器本體，均包含在本發(fā)明的范 圍內(nèi)。
[0033] 所述濾波單元12在每一個(gè)斬波相位都基于所述溫度傳感器本體的當(dāng)前輸出數(shù)據(jù) 與之前輸出的2N-1個(gè)輸出數(shù)據(jù)的平均值來輸出當(dāng)前感測(cè)結(jié)果；N為大于等于1的整數(shù)；優(yōu) 選地，所述濾波單元12可W采用數(shù)字電路，例如，累加電路及除法器等來實(shí)現(xiàn)，也可采用軟 件來實(shí)現(xiàn)等。
[0034] W下將W包含逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的溫度傳感器為例，來詳述本發(fā)明。
[00巧]如圖3所示，高精度溫度傳感器包含溫度傳感器本體11及濾波單元12。其中，溫 度傳感器本體11包括；基準(zhǔn)和溫度感測(cè)電路111、具有斬波功能的運(yùn)算放大器112、113、逐 次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換電路114 ;其中，基準(zhǔn)和溫度感測(cè)電路111中包含具有斬波功能的運(yùn)算放 大器115,逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換電路14包含一個(gè)具有斬波功能的比較器116 ;運(yùn)算放大器 115、112、113和比較器116的輸入失調(diào)電壓分別是和Vw4。
[0036] 在溫度傳感器本體11中，運(yùn)算放大器112U13接成反饋形式后放大倍數(shù)分別為Cl =a 2目2、〔2 = 〇 3目3?；鶞?zhǔn)和溫度感測(cè)電路1 1 1中廣生與溫度呈線性關(guān)系的電壓VpTAT和參 考電壓Vuf，該兩個(gè)電壓值分別經(jīng)過運(yùn)算放大器112U13后產(chǎn)生C2 ? VpTAT和Cl ? Vuf兩個(gè)信 號(hào)，該兩個(gè)信號(hào)輸入到ADC114,經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生代表它們比值關(guān)系的數(shù)字信號(hào)C, -Vptat/ Cl ? Vuf，該值與溫度呈線性關(guān)系。
[0037] 由于斬波時(shí)鐘的原因，ADC114的輸出信號(hào)是抖動(dòng)且不準(zhǔn)確的，如圖4所示，故需要 對(duì)其進(jìn)行濾波，得到一個(gè)穩(wěn)定的高精度的輸出。若采用一個(gè)周期里的兩個(gè)相位輸出的數(shù)據(jù) 進(jìn)行平均的濾波方式，會(huì)導(dǎo)致最終溫度數(shù)據(jù)的輸出頻率減半，也就是ADC輸出兩個(gè)數(shù)據(jù)，經(jīng) 濾波后只有一個(gè)數(shù)據(jù)輸出，如圖4中filterl_out所示，因此，基于系統(tǒng)處理速度和功耗的 角度來考量，該種濾波方式是不可取的。
[0038] 本發(fā)明所要采取的濾波方式是2N (N為自然數(shù)）點(diǎn)的移動(dòng)平均（Move Average), 即對(duì)斬波時(shí)鐘當(dāng)前相位和前2N-1個(gè)相位的ADC數(shù)字輸出數(shù)據(jù)取平均，作為當(dāng)前相位的溫度 檢測(cè)系統(tǒng)的最終輸出數(shù)據(jù)，該樣可W使得最終數(shù)據(jù)的輸出頻率等于ADC的數(shù)據(jù)輸出頻率， 如圖4中filter_out所示的2點(diǎn)移動(dòng)平均。由于斬波相位通常為2相，因此移動(dòng)平均長度 需為2的整數(shù)倍，該樣平均之后的值才可W完全消除系統(tǒng)的直流偏差。
[0039] 需要說明的是，該種處理方式的前提條件是在相鄰的2N個(gè)斬波時(shí)鐘相位下，系統(tǒng) 所檢測(cè)的溫度并沒有變化或者變化非常?。徊贿^，在絕大多數(shù)應(yīng)用情況下，前述條件是可W 滿足的，因?yàn)锳DC的數(shù)據(jù)輸出頻率很高。
[0040] 現(xiàn)W N=1為例，斬波時(shí)鐘在當(dāng)前相位下，若ADC114輸出信號(hào)為D。，前一個(gè)相位 ADC114輸出信號(hào)為0。_1，則濾波單元12計(jì)算D。與0。_1的平均值，得到最終輸出信號(hào)Dwt,。，即 D"ut，。=值。+〇。_1)/2。若考慮運(yùn)算放大器115、112、113和比較器116中失調(diào)電壓對(duì)溫度傳感器 的影響，斬波時(shí)鐘為當(dāng)前相位時(shí)，參考電壓

【權(quán)利要求】
1. 一種采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器，其特征在于，所述采用斬波技術(shù)的高精度 溫度傳感器至少包括： 溫度傳感器本體及連接所述溫度傳感器本體的濾波單元；其中，所述溫度傳感器本體 包含的運(yùn)算放大器和/或比較器中，至少一者具有斬波功能，所述溫度傳感器本體在每一 個(gè)斬波相位都產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)輸出，且所述濾波單元在每一個(gè)斬波相位都基于所述溫度傳感 器本體當(dāng)前的輸出數(shù)據(jù)與之前輸出的2N-1個(gè)輸出數(shù)據(jù)的平均值來輸出當(dāng)前感測(cè)結(jié)果；N為 大于等于1的整數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器，其特征在于：所述溫度 傳感器本體包括基于三極管BE結(jié)電壓來感測(cè)溫度的溫度傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器，其特征在于：所述 溫度傳感器本體包含的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器，其特征在于：所述 溫度傳感器本體包含的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為sigma-delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器，其特征在于：所述溫度 傳感器本體包含的基準(zhǔn)電路中的運(yùn)算放大器為具有斬波功能的放大器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器，其特征在于：所述溫度 傳感器本體包含的信號(hào)放大器為具有斬波功能的放大器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器，其特征在于：所述溫度 傳感器本體包含的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的比較器和/或運(yùn)算放大器為具有斬波功能的比較器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用斬波技術(shù)的高精度溫度傳感器，其特征在于：所述濾波 單元采用數(shù)字電路或者軟件來實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】G01K7/01GK104422536SQ201310392927
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】郎君, 何琦, 蕭經(jīng)華 申請(qǐng)人:鉅泉光電科技(上海)股份有限公司