[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

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种温度转换方法以及低功耗高精度集成温度传感器。 

背景技术

当前基于比例测量原理的CMOS半导体温度集成传感器的基本实现方法是：标准CMOS集成电路工艺中的寄生衬底PNP晶体管在不同电流密度下的基射结电压差ΔV_BE是一个线性度极高的与绝对温度成正比的电压，将其进行线性放大到合适幅度(称为V_PTAT)去和一个与温度无关的参考电压V_REF比较，可以得到一个与温度成正比的电压比例函数(温度转换函数)，这个比例函数可以通过模数转换器(例如逐次逼近型模数转换器)进行量化输出然后进行一定的线性化处理得到环境温度，这种方法称为比例测量原理。现有技术中基于比例测量原理的温度传感器由于温度转换函数的限制，对模数转换器的动态范围的利用率低，不超过60％，造成了模数转换器分辨率的浪费。现有技术中温度传感器其带隙基准电路和传感器核心电路是相互独立的，这在一定程度上增加了温度传感器的误差来源，增加了电路的复杂度和功耗。此外现有技术的低功耗温度传感器方案，为了追求低功耗，较少使用必要的精确电路技术，导致温度误差很大在±1℃以上，实际使用价值不高。 

发明内容

本发明目的在于克服以上现有技术之不足，基于现有的比例测量原理集成温度传感器设计思想，提供一种新的温度转换方法以及低功耗高精度集成温度传感器，具体由以下技术方案实现： 

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％；