[发明专利]温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别地，更涉及一种基于CMOS的温度传感器。

背景技术

在工农业生产监控、环境控制和科学研究等很多领域，温度是需要测量和控制的一个重要参数。因此，在各种传感器中，温度传感器是应用最广泛的一种，而其中的集成温度传感器主要由温度传感、基准电路、AD转换器、控制电路等构成，与传统温度传感器相比，具有灵敏度高、体积小、功耗低、输出特性好、可直接与数字系统连接等优点。

目前主要有两种方式实现集成温度传感器的温度检测。

图1显示了目前常用的一种温度传感器，该温度传感器具有如图1所示连接的双极晶体管，两个双极晶体管的基极(B极)和发射极(E极)之间分别产生与温度有关的BE结电压，V_BE1和V_BE2，两个BE结电压V_BE1、V_BE2经过增益系数为α的运算放大器得到一个与温度成线性关系的电压V_PTAT，V_PTAT电压与BE结电压V_BE1经过加法器相加后，得到一个不随温度变化的基准电压V_REF，将这与温度成线性关系的电压V_PTAT和不随温度变化的基准电压V_REF两个电压信号输入到模数转换器(ADC)中，实现温度的数字读取。

在如1所示的温度传感器中，ADC的输入分别是V_PTAT和V_REF。其中：

V_PTAT＝V_BE2-V_BE1；

V_REF＝V_BE1+V_PTAT；

图1所示的温度传感器结构简单、易于实现，但其检测精度不高，且需加载复杂电路。

图2显示了另一种温度传感器，该温度传感器的参考电压生成原理与图1所示的温度传感器相同，如图2所示的温度传感器通过第三个三极晶体管生成第三个与温度有关的BE结电压V_BE3，模数转换器(ADC)的输入分别是V_BE3和V_REF，实现温度的数字读取。V_BE3引起的曲率非线性的温度变化导致比较大的温度偏差，图4(a)为测试的传感器的温度输出误差曲线，图4(b)为校正曲线，图4(c)为校正补偿后的温度输出误差曲线。上述补偿算法可以通过软件或者数字逻辑实现。优点在于：结构简单，对偏置电流的误差、运放的输入失调电压较不敏感，通过补偿算法消除了V_BE(包括基准电压V_REF中的BE结和感测温度部分的BE结)二阶项所引起的温度非线性，提高了传感器的精度。但其缺点在于：需要测试出温度的误差曲线，需要使用单片机或者额外的数字电路才能实现补偿算法，无法消除或者减小双极晶体管工艺容差对温度精度的影响。