[发明专利]一种温度转换方法以及低功耗高精度集成温度传感器

权利要求书

1.一种温度转换方法，采用由带有传感核心的带隙基准电路、正负同步开关电容积分电路与全差分模数转换器连接组成的温度传感器,带隙基准电路由第三PNP晶体管以及电流密度比值为m的第一PNP晶体管、第二PNP晶体管连接组成，所述第一PNP晶体管、第二PNP晶体管的发射极分别设有阻值相同的第一偏置电阻和第二偏置电阻，其特征在于在第一偏置电阻、第二偏置电阻与电流源之间设置电流源动态元件匹配模块，在第一PNP晶体管支路、第二PNP晶体管支路的电流源与第三PNP晶体管支路的电流源之间设置一电流镜； 

采用包括正向积分单元与负向积分单元的正负同步开关电容积分电路，所述正负同步开关电容积分电路接受传感核心输出的电压信号，所述正向积分单元与负向积分单元分别设有不交叠时钟信号控制的积分开关、调零开关和采样电容动态元件匹配模块，当调零开关闭合时，采样电容动态元件匹配模块顺序选择一个正负同步开关电容积分电路中的采样电容，用于采样失调电压；当调零开关断开，积分开关闭合时，正负同步开关电容积分电路处于积分模式，对输入信号进行正负向同步积分，并消除失调电压完成调零；若干次积分后，与绝对温度成正比的电压实现了与偏移电压V_off的相减，然后输入全差分模数转换器与参考电压进行比较，得到一个与绝对温度成正比的比值，如式(6)，使得传感器在所需温度范围[T_min,T_max]内，当满足[M·ΔV_BE,Tmax-N·V_shift]-[M·ΔV_BE,Tmin-N·V_shift]＝2·V_REF时，模数转换器的动态范围利用率达到100％； 

其中，T_max和T_min为传感器所需探测温度范围的最大和最小值，μ_new为经过改进的输入模数转换器的温度转换函数，ΔV_BE为PNP晶体管基射结电压差，V_off为总的偏移电压，V_shift为单次积分有效偏移电压，V_REF为模数转换器的参考电压，M为ΔV_BE的放大系数，N为V_shift的放大系数，M、N与积分次数有关，并且V_off＝N·V_shift。 

2.根据权利要求1所述的温度转换方法，其特征在于在第一偏置电阻、第二偏置电阻与电流源动态元件匹配模块之间分别设置第一开关与第二开关，所述 第一开关、第二开关分别可选通地将动态元件匹配模块控制的1:m和m:1的精确比例电流输入第一PNP晶体管、第二PNP晶体管的发射极以形成所述传感核心，输出极性交替变换的与温度成正比的电压信号±ΔV_BE； 

在第一PNP晶体管、第二PNP晶体管的基极之间设置有阻值为偏置电阻1/m的电阻，并在该电阻两端分别设置第三开关和第四开关来选择该电阻串联到第一PNP晶体管或第二PNP晶体管的基极和地之间，用于消除PNP晶体管有限的电流放大系数带来的误差； 

在第一PNP晶体管、第二PNP晶体管与电流镜间设置斩波运算放大器，在斩波运算放大器的放大输入端分别设置第一输入斩波开关与第二输入斩波开关，保证了偏置电阻可以正确接入电路以产生I_PTAT；在运算放大器的输出电流镜支路设置第一输出斩波开关与第二输出斩波开关，用于第一PNP晶体管、第二PNP晶体管轮流偏置在1:m和m:1的电流比下运算放大器同相、反相输入端极性交换时，保证反馈极性的正确。