[实用新型]片上集成温度传感器电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种片上集成温度传感器电路。

背景技术

温度传感器广泛使用在测量、仪器仪表和控制系统中，是一种可生产的集成电路温度传感器，并且是理想的批量生成的低成本产品。而且，这种温度传感器可以通过IC技术集成在一个电子芯片上。这种智能温度传感器相比于传统的温度传感器有明显的优势，它可以直接和MCU或PC机通信，在应用时减少了复杂和模块化的系统的使用。

目前报道的使用CMOS工艺的测温方案有很多种，非专利文献1利用CMOS工艺的两个衬底三极管(PNP)的基一射电压差ΔVE的温度特性，一个带隙基准电压和∑-ΔADC得到数字输出，该文献报道在一55℃-125℃温度测量精度可达±0.1℃，但是该设计使用动态元件匹配、斩波放大器和∑-ΔDAC减小误差。而且利用二阶∑-ΔDAC作为模数转换器，电路结构复杂，占用芯片面积大，对于片上温度传感器来说，这不是一种经济的方案。非专利文献2中采用了反相器链的延迟时间随温度变化的特性来测量温度，最后通过一个TDC得到被测温度的数字值，电路过于复杂，功耗也较高，不符合低功耗要求。非专利文献3中利用MOS晶体管的阈值电压的温度特性得到负温度特性电压，然后驱动一个VCO，得出频率与温度成比例的振荡信号。但是晶体管的阈值电压的工艺偏差非常大，校准成本较高。

非专利文献1：“ACMOSSmartTemperaturesensorWitha3σInaccuracyof0.1℃From55℃to125℃”(PertijsM，MakinwaK，HuijsingH，IEEE，J.Solid-StateCircuit，2005，40(12)：2805-2815.)

非专利文献2：“ATime-to-Digital-Converter-BasedCM-OSSmartTemperatureSensor”(IEEE，J.Solid-StateCircuit，2005，40(8)：1642-1648.)

非专利文献3：“ANovelBuilt-inCMOSTemperatureSensorforVLSICircuits”(WangNailong，ZhangSheng，ZhouRunde，ChineseJournalofSemiconductors，2004：25(3)：252-255.)

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种片上集成温度传感器电路。

本实用新型的技术方案是：一种片上集成温度传感器电路，其包括：寄生双极晶体管，与寄生双极晶体管输出相连的可编程增益放大器、与可编程增益放大器输出相连的一模数转换器、与模数转换器输入相连的偏移数模转换器、输出与模数转换器相连的带隙电压参考源、和与模数转换器输出相连的数字后端处理器。

在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：

所述寄生双极晶体管中的衬底PNP晶体管为温度感应件。

所述所述寄生双极晶体管为CMOS工艺的晶体管，可编程增益放大器为8倍增益放大，模数转换器为12位的delta-sigma模数转换器，偏移数模转换器的位数为1位。

所述模数转换器包括了一模拟调制器、和一数字滤波器。

本实用新型优点是：

本实用新型利用标准CMOS工艺中的衬底PNP晶体管作为其主要的温度感应件，以及采用全温范围内的两点校准技术消除温度器件的非线性，从而实现低功耗高精度的片上集成温度传感器电路，满足测量精度(±0.5℃)和低功耗要求。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的电路架构图；

图2为本实用新型中两衬底PNP产生PTAT电压示意图；

图3为本实用新型中PTAT/R偏置电路原理图；

图4为本实用新型中偏置电流源的动态元件匹配产生一个准确的ΔVBE的示意图；

图5为本实用新型中ADC第一级积分器的电路框图及其时序图；

图6为本实用新型中ADC第一级积分器的时序图；

图7为本实用新型中可编程增益放大器和偏移DAC后的温度传感器核的电压跨度图；

图8为本实用新型中基于MonteCarlo仿真的两点校正后的温度传感器的积分非线性误差图。

具体实施方式