[发明专利]时间域集成温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及温度传感器技术领域，具体是指一种在时间域对温度传感器所测量的温度值作信号处理的集成温度传感器。

背景技术

目前在医疗监控、家用电器、消费类电子、物联网、智能感测、汽车电子、智能控制等领域对集成智能温度传感器的需求正不断增长，同时对其精度也有了更为苛刻的要求。国内外研究机构与企业在集成智能温度传感器方面已经取得了一些研究成果，比如：Ching-Che Chung等发表在《IEEE Proceedings of2010International Symposium on Circuits and Systems》的《An All-Digital Smart Temperature Sensor with Auto-Calibration in65nm CMOS Technology》、Poki Chen等发表在《IEEE Transactions on Circuits and Systems》期刊的《All-Digital Time-Domain Smart Temperature Sensor With an Inter-Batch Inaccuracy of-0.7℃-+0.6℃After One-Point Calibration》、Yu-Shiang Lin等发表在IEEE Custom Integrated Circuit Conference会议的《An Ultra Low Power1V,220nW Temperature Sensor for Passive Wireless Applications》，以及香港科技大学以2012年2月1日公开的申请号为CN102338669A，名称为《低电压低功耗CMOS温度传感器》的发明专利。

以上的四款智能温度传感器技术均为业界普遍采用的在时间域作信号处理的集成温度传感器电路技术。这类在半导体芯片上实现的集成温度传感器的共同特征是：首先采用温度采集与信号转换元件将所测量的温度信息转换成其脉冲宽度与温度相关的时间域脉冲信号，然后采用时间数字转换器

（Time-Digital-Converter：TDC）将该时间域脉冲信号的脉冲宽度转换为多位数字码流输出，最后根据该多位数字码流输出与温度的对应关系得出温度读数。图1所示为现有的时间域温度传感器电路基本结构，包括所输出的电流与温度成正比例关系的PTAT(Proportional To Absolute Temperature)电流产生电路、所输出的电流与温度成反比例关系的CTAT(Complementary To Absolute Tempreature)电流产生电路、第一电平检测电路与第二电平检测电路、异或门以及计数器。所述PTAT电流产生电路和CTAT电流产生电路分别用于产生与温度成正比和反比关系的电流信号I_PTAT与I_CTAT，并分别用I_PTAT与I_CTAT给第一电容和第二电容充电。当第一电容正端电压达到第一电平检测电路的阈值电压后，第一电平检测电路的输出信号V_P,D发生翻转；当第二电容正端电压达到第二电平检测电路的阈值电压后，第二电平检测电路的输出信号V_N,D发生翻转。所述第一电平检测电路输出信号V_P,D与第二电平检测电路输出信号V_N,D连接至异或门的两个输入端，经过XOR（异或）处理后，输出其脉冲宽度与温度线形相关的脉冲信号PW。脉冲信号PW连接至计数器的使能端EN，计数器利用系统时钟CLK对PW信号的脉冲宽度进行时间域的采样，并转换成时间域的离散数字脉冲方波信号，对该离散数字脉冲方波信号的计数结果按已知的对照关系得出温度的读数。