[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

摘要

本发明涉及一种温度转换方法及其低功耗高精度集成温度传感器，包括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，电流源及采样电容动态元件匹配模块，时钟产生电路，分压及缓冲电路以及全差分模数转换器；将传统技术中的传感核心电路与带隙基准电路进行合并集成，简化了电路结构，设置电流源动态元件匹配模块，产生极性交替变化的与绝对温度成正比的基射结电压差，采用新型正负同步开关电容积分电路，完成改进的温度转换函数，提高模数转换器的动态范围利用率，同时对采样电容进行动态元件匹配，提高了积分精度；最终由模数转换器对有效温度信号进行量化处理以提供数字输出，本发明能有效降低传感器的温度误差和电路功耗，适用于低功耗高精度温度传感应用。

主权项

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Voff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(1)，使得传感器在所需温度范围[Tmin,Tmax]内，当满足[M·ΔVBE,Tmax‑N·Vshift]‑[M·ΔVBE,Tmin‑N·Vshift]＝2·VREF时，模数转换器的动态范围利用率达到100％；μnew=M·ΔVBE-VoffVREF=M·ΔVBE-N·VshiftVREF---(1)]]>其中，Tmax和Tmin为传感器所需探测温度范围的最大和最小值，μnew为经过改进的输入模数转换器的温度转换函数，ΔVBE为PNP晶体管基射结电压差，Voff为总的偏移电压，Vshift为单次积分有效偏移电压，VREF为模数转换器的参考电压，M为ΔVBE的放大系数，N为Vshift的放大系数，M、N与积分次数有关，并且Voff＝N·Vshift。