電阻型溫度傳感芯片的校準(zhǔn)電路和校準(zhǔn)方法
【專利說(shuō)明】電阻型溫度傳感芯片的校準(zhǔn)電路和校準(zhǔn)方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電阻型溫度傳感芯片，特別是涉及一種電阻型溫度傳感芯片的校準(zhǔn)電 路和校準(zhǔn)方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 溫度是最普遍的環(huán)境變量，溫度傳感器在很多場(chǎng)合都是非常重要的。溫度傳感芯 片具備能用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造、易于集成、功耗低、體積小等特性，被廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng) 域，如消費(fèi)電子、可穿戴式設(shè)備、無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽等。
[0003] 溫度傳感芯片包括三極管型溫度傳感芯片和電阻型溫度傳感芯片等。三極管型溫 度傳感芯片是利用三極管結(jié)電壓的溫度特性來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于需要高電源電壓以使三極管 正常工作，此類三極管型溫度傳感芯片已不適合不斷發(fā)展的深亞微米CMOS工藝。因?yàn)镃MOS 工藝中的片上電阻在寬溫度范圍內(nèi)具備很好的溫度線性度，所以電阻型溫度傳感芯片正成 為溫度傳感芯片的主流。
[0004] 電阻型溫度傳感芯片中，每一個(gè)溫度下的輸出通常正比于該溫度下感測(cè)電阻的阻 值，由于電阻阻值的相關(guān)溫度參數(shù)會(huì)隨工藝偏差而變化，導(dǎo)致芯片輸出會(huì)偏離預(yù)期值，因此 在實(shí)際使用中需要涉及電阻型溫度傳感芯片的校準(zhǔn)?，F(xiàn)有的電阻型溫度傳感芯片的校準(zhǔn)， 大多采用片外兩點(diǎn)或者三點(diǎn)來(lái)校準(zhǔn)。如圖1所示，校準(zhǔn)系統(tǒng)包括溫度測(cè)量?jī)x器，溫度校準(zhǔn)系 統(tǒng)，溫度測(cè)量?jī)x器通過(guò)其探頭采集待校準(zhǔn)芯片的工作環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，溫度校準(zhǔn)系統(tǒng)用于采 集待校準(zhǔn)芯片的對(duì)應(yīng)于工作環(huán)境溫度下的輸出數(shù)據(jù)。在采集到至少兩個(gè)溫度點(diǎn)下對(duì)應(yīng)的芯 片輸出數(shù)據(jù)后，可以擬合得到一條直線，該直線反應(yīng)了待校準(zhǔn)芯片的輸出與溫度的一一對(duì) 應(yīng)關(guān)系。后續(xù)使用該芯片時(shí)，測(cè)量其輸出數(shù)據(jù)，比照對(duì)應(yīng)關(guān)系直線，從而測(cè)得實(shí)際溫度。在 通常的應(yīng)用情況下，溫度傳感芯片的輸出會(huì)傳給后續(xù)芯片進(jìn)行處理，當(dāng)溫度芯片的輸出極 大地偏離預(yù)期值時(shí)，要求后續(xù)處理芯片具備大的可接受輸入范圍，即增加了后續(xù)處理芯片 的設(shè)計(jì)難度。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種電阻型溫度 傳感芯片的校準(zhǔn)電路和校準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)芯片的內(nèi)部電路的實(shí)際校準(zhǔn)，既將芯片輸出校 準(zhǔn)在一定范圍內(nèi)，也降低了對(duì)后續(xù)處理芯片的設(shè)計(jì)要求。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下的技術(shù)方案予以解決：
[0007] 電阻型溫度傳感芯片的校準(zhǔn)電路，所述電阻型溫度傳感芯片包括芯片電路，使得 所述電阻型溫度傳感芯片在每一溫度下的輸出與所述電阻型溫度傳感芯片中的感測(cè)電阻 的電阻值成線性關(guān)系；所述校準(zhǔn)電路用于對(duì)待校準(zhǔn)的電阻型溫度傳感芯片的輸出進(jìn)行校 準(zhǔn)；所述校準(zhǔn)電路包括比較單元、控制信號(hào)產(chǎn)生單元、調(diào)節(jié)單元；所述比較單元用于接收所 述電阻型溫度傳感芯片在溫度T下的輸出以及目標(biāo)參考值，將兩者進(jìn)行比較，輸出比較結(jié) 果；其中，所述T在23~27°C，所述目標(biāo)參考值為所述電阻型溫度傳感芯片在25°C下的預(yù) 期輸出值；所述控制信號(hào)產(chǎn)生單元用于根據(jù)所述比較單元輸出的比較結(jié)果產(chǎn)生控制信號(hào)； 所述調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)所述控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述感測(cè)電阻的電阻值的大小，或者調(diào)節(jié)所述感 測(cè)電阻上流過(guò)的電流鏡像比值，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述電阻型溫度傳感芯片的輸出。
[0008] 電阻型溫度傳感芯片的校準(zhǔn)方法，所述電阻型溫度傳感芯片包括芯片電路，使得 所述電阻型溫度傳感芯片在每一溫度下的輸出與所述電阻型溫度傳感芯片中的感測(cè)電阻 的電阻值成線性關(guān)系；對(duì)待校準(zhǔn)的電阻型溫度傳感芯片的輸出進(jìn)行校準(zhǔn)；包括以下步驟： 1)將所述電阻型溫度傳感芯片在溫度T下的輸出與目標(biāo)參考值進(jìn)行比較，得到比較結(jié)果； 其中，所述T在23~27°C;所述目標(biāo)參考值為所述電阻型溫度傳感芯片在25°C下的預(yù)期輸 出值；2)根據(jù)所述比較結(jié)果產(chǎn)生控制信號(hào)；3)根據(jù)所述控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述感測(cè)電阻的電阻 值的大小，或者調(diào)節(jié)所述感測(cè)電阻上流過(guò)的電流鏡像比值，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述電阻型溫度傳感 芯片的輸出。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是：
[0010] 本發(fā)明的電阻型溫度傳感芯片的校準(zhǔn)電路及校準(zhǔn)方法，通比較單元、控制信號(hào)產(chǎn) 生單元以及調(diào)節(jié)單元的設(shè)置，通過(guò)反饋調(diào)節(jié)，使溫度傳感芯片在25攝氏度下的輸出最終調(diào) 節(jié)到目標(biāo)參考值。整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了真正意義的校準(zhǔn)調(diào)節(jié)，改變了溫度傳感芯片中感測(cè) 電阻的電阻值的大小或者是其上流過(guò)的電流鏡像比值，最終調(diào)節(jié)芯片的輸出為目標(biāo)值，而 不再是以往只是獲取芯片輸出值與實(shí)際溫度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，沒(méi)有對(duì)存在偏差的內(nèi)部芯片 電路進(jìn)行實(shí)際校準(zhǔn)，本發(fā)明則實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)部芯片電路的實(shí)際校準(zhǔn)，將芯片輸出校準(zhǔn)在一定 范圍內(nèi)，從而既是對(duì)電阻型溫度傳感芯片的一種校準(zhǔn)，同時(shí)也降低了對(duì)與溫度傳感芯片配 合使用的后續(xù)處理芯片的設(shè)計(jì)要求。 【【附圖說(shuō)明】】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中溫度傳感芯片的校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的校準(zhǔn)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的校準(zhǔn)電路所校準(zhǔn)的溫度傳感芯片的芯片電路的一 種優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的校準(zhǔn)電路中的比較單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的校準(zhǔn)電路中的控制信號(hào)產(chǎn)生單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖6a是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的溫度傳感芯片中的感測(cè)電阻不經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)調(diào)整時(shí)與 外部電路的連接示意圖；
[0017] 圖6b是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的溫度傳感芯片中的感測(cè)電阻增加校準(zhǔn)調(diào)整后與外 部電路的連接示意圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0018] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0019] 電阻型溫度傳感芯片中的感測(cè)電阻的溫度特性可以近似表達(dá)為：
[0020] R(T) = R0 (I+TC (T-T0)) (1)
[0021] 其中，R(T)表示不同溫度下感測(cè)電阻的電阻值，R0為25°C時(shí)感測(cè)電阻的電阻值， Ttl為25°C，TC為電阻溫度系數(shù)，T表示環(huán)境溫度。對(duì)每個(gè)制作完成的電阻而言，電阻阻值R。 和溫度系數(shù)TC是常數(shù)，可以說(shuō)電阻具備很好的線性度。
[0022] 當(dāng)感測(cè)電阻應(yīng)用于溫度傳感芯片中時(shí)，通常會(huì)設(shè)計(jì)一些芯片電路，使得芯片電路 的輸出與感測(cè)電阻的電阻值R(T)呈現(xiàn)一定映射關(guān)系，例如設(shè)計(jì)的某些芯片電路，使得電阻 型溫度傳感芯片在每一溫度下的輸出與所述電阻型溫度傳感芯片中的感測(cè)電阻的電阻值 R(T)成線性關(guān)系，即D(T) =AR(T)+B，其中，D(T)表示芯片在溫度T下的輸出，A、B分別為 常數(shù)，由設(shè)計(jì)的芯片電路的參數(shù)決定。這樣，通過(guò)輸出與感測(cè)電阻電阻值的關(guān)系，以及感測(cè) 電阻電阻值與溫度的溫度特性關(guān)系式，即可通過(guò)溫度傳感芯片的輸出得到芯片所在的環(huán)境 溫度值。
[0023] 當(dāng)芯片在制作過(guò)程中工藝發(fā)生偏差時(shí)，芯片中的電路參數(shù)會(huì)偏離預(yù)期值，如感測(cè) 電阻的電阻阻值、電流鏡像比值、電阻溫度系數(shù)或者芯片電路的電路參數(shù)等。例如，在不同 的工藝下，電阻阻值R tl的變化幅度會(huì)達(dá)到20%左右，這將直接導(dǎo)致公式（1)中RC1極大地偏 離預(yù)期數(shù)值，進(jìn)而導(dǎo)致芯片的輸出極大地偏離預(yù)期值，無(wú)法準(zhǔn)確反映環(huán)境溫度值。通常的解 決辦法是在片外兩個(gè)或三個(gè)已知溫度下進(jìn)行校準(zhǔn)，以得到溫度傳感芯片實(shí)際的輸出特性。 盡管現(xiàn)有校準(zhǔn)方式能實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度，但是其校準(zhǔn)過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，更主要的是，現(xiàn)有校準(zhǔn)方式 只是得到實(shí)際輸出與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并不對(duì)輸出進(jìn)行校準(zhǔn)，其輸出仍然極大地偏離 預(yù)期值，也就增加了后續(xù)處理芯片的設(shè)計(jì)難度。本發(fā)明則是設(shè)置電路，通過(guò)電路對(duì)感測(cè)電阻 的阻值進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償或者對(duì)感測(cè)電阻上流過(guò)的電流鏡像比值等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得芯 片在25°C下最終的輸出（A RQ+B)為預(yù)期值，以解決由于工藝偏差而帶來(lái)的芯片輸出極大地 偏離預(yù)期值的問(wèn)題。
[0024] 本發(fā)明的原理如下：在25°C下，測(cè)試溫度傳感芯片的輸出。當(dāng)由于工藝偏差而導(dǎo) 致實(shí)際的輸出不同于預(yù)期數(shù)值DJA RfB = Dtl)時(shí)，比較單元將檢測(cè)到這一變化，觸發(fā)控制 電路產(chǎn)生一組數(shù)字控制信號(hào)，以調(diào)整溫度傳感芯片中的感測(cè)電阻值或者電流鏡像比值等參 數(shù)，從而調(diào)節(jié)實(shí)際的輸出。重復(fù)地比較調(diào)整后的芯片的輸出與預(yù)期數(shù)值D tl的大小，直到多次 比較后，調(diào)整芯片的輸出等于或充分接近于預(yù)期數(shù)值Dtl，即可完成對(duì)芯片輸出特性中A &+B 項(xiàng)的校準(zhǔn)。由于溫度系數(shù)TC在I X，量級(jí)，且隨工藝偏差較小（遠(yuǎn)小于5 % )，溫度系數(shù)TC 偏差引入的芯片輸出偏差通常很小。通過(guò)本發(fā)明方法，可以準(zhǔn)確校準(zhǔn)A &+B項(xiàng)的工藝偏差， 并把芯片輸出控制在一定范圍內(nèi)，降低后續(xù)處理芯片的難度。當(dāng)電阻型溫度傳感芯片應(yīng)用 于中等準(zhǔn)確度需求的應(yīng)用，而且感測(cè)電阻的溫度系數(shù)TC偏差可以忽略時(shí)，只需在室溫附近 溫度（23~27°C)下將實(shí)際輸出與