溫度傳感器的校準方法及其系統的製作方法
2023-05-08 05:00:06 2
專利名稱：溫度傳感器的校準方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路，特別涉及集成電路中的溫度傳感器。
背景技術：
集成電路的溫度傳感器的應用非常廣泛，其作用主要有以下兩點(1)檢測晶片工作環境的溫度，使得晶片工作在一定的溫度範圍以內，如微控制單元(micro control unit，簡稱「mcu」)，低壓差線性調製器(low dropout regultaor，簡稱 「ldo」)等；(2)晶片中的某些電路(如晶體振蕩器)的性能參數會隨溫度的變化而變化，精確的溫度檢測可以更好的補償這些電路的特性。一般來說，片內溫度傳感器由三部分組成溫度檢測電路、基準電路、模數轉換 (analog to digital converter，簡稱「ADC」 )電路，如圖1所示。溫度檢測電路的功能是將當時環境溫度反映到一個隨溫度成正比變化的模擬量Vptat上，該模擬量通常是兩個三極體BE結電壓差AVbe的整數倍。基準電路產生不隨溫度變化的固定電壓值VKEF。ADC電路的架構一般採用逐次逼近寄存器(successive approximation register，簡稱「sar」)ADC 電路和Σ -Δ (sigma-delta)ADC電路，其作用是將以上兩個模擬量的比值轉換成數字量輸出ADout = VPTAT/VEEF = K Δ VBE/VEEF(1)由於在生產、封裝等環節過後，溫度檢測電路和基準電路的輸出均存在偏差，導致 ADC電路的輸出不再是理想值。因此需要對溫度傳感器進行校準。從校準點數來講，常用的校準方法分為單點校準和雙點校準。單點校準即在單個溫度點下對電路進行校準。雙點校準即在兩個溫度點下進行校準。由於雙點校準消耗的時間和資源較大，會大大增加晶片的製造成本，一般不採用此種方法。單點校準又分以下兩種方法(1)固定失調校準。將某溫度下測量值和實際溫度值之差作為失調，在之後的溫度測量時，將測量值減去失調即為校正後的溫度值。但是，當溫度檢測電路的輸出電壓存在較大的隨溫度變化的偏差，即隨溫度成正比(Proportion To Absolute Temperature，簡稱 「PTAT」)的偏差時，固定失調校準無法糾正PTAT偏差，用此種方法對高精度溫度傳感器進行校準需要較高精度的溫度檢測電路，這樣就會增加此模塊電路的設計難度。(2)溫度檢測電路和基準電路分別校準。將溫度檢測電路的輸出電壓和基準電路的輸出電壓均分別校正到系統要求的精度以內，則其比值也就更加準確，檢測溫度精度更高。但是分別校準無疑又會增加晶片的測試成本，因此這種方法並不實用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種溫度傳感器的校準方法及其系統，能在很大程度上降低系統對溫度檢測電路和基準電路精度的要求，並且實現簡單。為解決上述技術問題，本發明的實施例提供了一種溫度傳感器的校準方法，包含
5以下步驟獲取校準溫度點T。下模數轉換電路的理想輸出值AD。ut(l(T。)；在T。下實際檢測模數轉換電路的實際輸出值；通過調節溫度檢測電路或基準電路，將模數轉換電路的實際輸出值調整為 ADout0 (Tc)，完成對溫度傳感器的校準。本發明的實施例還提供了一種溫度傳感器的校準系統，包含模數轉換電路、溫度檢測電路和基準電路，還包含理想輸出值獲取模塊、實際檢測模塊和校準模塊；所述理想輸出值獲取模塊用於獲取校準溫度點T。下模數轉換電路的理想輸出值 ADout0 (Tc)，並將獲取的AD。ut。(Tc)發送至所述校準模塊；所述實際檢測模塊用於在所述T。下實際檢測模數轉換電路的實際輸出值，並將檢測的實際輸出值發送至所述校準模塊；所述校準模塊用於調節溫度檢測電路或基準電路，將實際檢測模塊檢測到的模數轉換電路的實際輸出值調整為AD。_(T。)，完成對溫度傳感器的校準。進一步地，可以通過調節電流鏡比例，或電容比例，或電阻比例等方式，實現對溫度檢測電路的調節；通過調節基準電路中所包含的電阻大小，或電流大小等方式，實現對基準電路的調節。進一步地，在通過調節溫度檢測電路或基準電路將模數轉換電路的實際輸出值調整為AD。ut(l(T。)之前，還需消除溫度檢測電路中的固定失調電壓。進一步地，通過計算機仿真，獲取AD。_ (Tc)。本發明實施例與現有技術相比，主要區別及其效果在於不需要對溫度檢測電路和基準電路都進行校準，而是根據校準溫度點T。下模數轉換電路的理想輸出值AD。ut(l (T。)，只調節溫度檢測電路或者只調節基準電路，將模數轉換電路的實際輸出值調整為AD。_(T。)，即可完成對溫度傳感器的校準。通過只調節溫度檢測電路和基準電路中的一個電路，使得在校準溫度下模數轉換電路的輸出等於理想值，即調整溫度檢測電路和基準電路中的一個電路的偏差同時消除了溫度檢測電壓偏差和基準電壓偏差對溫度傳感器輸出結果的影響，從而達到提高溫度傳感器精度的目的。而且由於不需要對溫度檢測電路和基準電路都進行校準，在實現上更為簡單。尤其適用於溫度檢測電路精度較低，基準電路精度較高，或者，溫度檢測電路和基準電路的精度均較低的情況。另外，可以通過調節電流鏡比例，或電容比例，或電阻比例等方式，實現對溫度檢測電路的調節；通過調節基準電路中所包含的電阻大小，或電流大小等方式，實現對基準電路的調節，使得本發明的實施例可靈活多變地實現。另外，由於溫度檢測電路中存在的偏差還可能包含固定失調電壓，因此通過對溫度檢測電路中固定失調電壓的消除，可進一步保證校準後的溫度傳感器的精度。另外，通過計算機仿真，獲取AD。ut(l(T。)，保證了模數轉換電路的理想輸出值的準確性。
圖1是根據現有技術中的溫度傳感器結構示意圖；圖2是根據本發明第一實施例的溫度傳感器的校準方法流程圖3是根據本發明第一實施例中溫度檢測電路存在的偏差電壓示意圖；圖4是根據本發明第一實施例中調節溫度檢測電路的輸出電壓斜率的示意圖；圖5是根據本發明第一實施例中的溫度檢測電路結構示意圖；圖6是根據本發明第二實施例中的基準電路結構示意圖；圖7是根據本發明第三實施例的溫度傳感器的校準系統結構圖。
具體實施例方式在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，本領域的普通技術人員可以理解，即使沒有這些技術細節和基於以下各實施例的種種變化和修改，也可以實現本申請各權利要求所要求保護的技術方案。為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的實施例作進一步地詳細描述。本發明的核心在於，獲取校準溫度點T。下模數轉換電路的理想輸出值AD。_(T。)； 在T。下實際檢測模數轉換電路的實際輸出值；通過調節溫度檢測電路或基準電路，將模數轉換電路的實際輸出值調整為AD。_(T。)，即可完成對溫度傳感器的校準。本發明第一實施例涉及一種溫度傳感器的校準方法，本實施例中溫度傳感器的組成結構與現有技術相同，由溫度檢測電路、基準電路、模數轉換電路(即ADC電路)組成。具體流程如圖2所示，在步驟210中，消除溫度檢測電路中的固定失調電壓。本領域技術人員可以理解，理想情況下，大多數溫度檢測電路輸出電壓的表達式為Vffato = k0AVBE = IcjjVrInN = k0 kT InN/q 二 kQT，其中，k;為 Δ Vbe 的放大倍數， Vt = kT/q為熱電壓，T為絕對溫度，q為單位電荷的電量，k為玻耳茲曼常數，N為兩個三極體發射極面積的比例，、=k； klnN/q，是Vptato隨絕度溫度T變化的斜率，與溫度無關。從理想情況的表達式可以得出，在絕對零度下，溫度檢測輸出電壓為零。但在實際情況下，由於工藝製造、封裝等環節的作用，溫度檢測電路的輸出電壓不可避免地存在偏差，主要包含固定失調電壓和PTAT偏差電壓兩種，如圖3所示。固定失調電壓即為Vos，其本身不隨溫度變化；PTAT偏差即為Δ Vptat，與理想情況下溫度檢測電路的理想輸出電壓Vptatq 相同，也是與絕對溫度成正比。需要指出的是，Vptato和Δ Vptat在絕對零度下電壓均為0。於是實際中的溫度檢測電壓表達式變為
權利要求
1.一種溫度傳感器的校準方法，其特徵在於，包含以下步驟獲取校準溫度點τ。下模數轉換電路的理想輸出值AD。_(T。)；在所述T。下實際檢測模數轉換電路的實際輸出值；通過調節溫度檢測電路或基準電路，將所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述 ADout0 (Tc)，完成對溫度傳感器的校準。
2.根據權利要求1所述的溫度傳感器的校準方法，其特徵在於，在通過調節溫度檢測電路將所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述AD。_(T。)的步驟中，包含以下子步驟調節溫度檢測電路的輸出電壓的斜率，所述溫度檢測電路的輸出電壓的斜率改變量 Δ k，根據以下公式得到
3.根據權利要求2所述的溫度傳感器的校準方法，其特徵在於，通過調節所述溫度檢測電路中影響輸出電壓斜率的因素，對溫度檢測電路的輸出電壓的斜率進行調節；其中，所述影響輸出電壓斜率的因素包含以下因素之一或其任意組合電流鏡比例、電阻比例、電容比例。
4.根據權利要求1所述的溫度傳感器的校準方法，其特徵在於，在通過調節基準電路將所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述AD。_(T。)的步驟中，包含以下子步驟調節基準電路的輸出電壓，所述基準電路的輸出電壓的改變量AVkef，根據以下公式得到
5.根據權利要求4所述的溫度傳感器的校準方法，其特徵在於，通過調節基準電路中影響基準電壓值但不影響基準溫度係數的因素，在不改變基準溫度係數的前提下改變所述基準電路的輸出電壓，將所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述 AD。ut(l(Tc)；其中，所述影響基準電壓值但不影響基準溫度係數的因素包含電阻阻值和/或電流大
6.根據權利要求1至5中任一項所述的溫度傳感器的校準方法，其特徵在於，在所述T。 下實際檢測模數轉換電路的實際輸出值的步驟之前，還包含以下步驟消除所述溫度檢測電路的輸出電壓中包含的固定失調項，使該輸出電壓不但隨溫度成正比，並且使該輸出電壓在絕對零度下的電壓值為零。
7.一種溫度傳感器的校準系統，包含用於將環境溫度反映到一個隨溫度成正比變化的模擬量Vptat的溫度檢測電路、用於產生不隨溫度變化的固定電壓值Vkef的基準電路，和用於將所述Vptat和所述Vkef的比值轉換成數字量輸出的模數轉換電路，其特徵在於，還包含理想輸出值獲取模塊、實際檢測模塊和校準模塊；所述理想輸出值獲取模塊用於獲取校準溫度點T。下所述模數轉換電路的理想輸出值 ADout0 (Tc)，並將獲取的AD。ut。(Tc)發送至所述校準模塊；所述實際檢測模塊用於在所述T。下實際檢測所述模數轉換電路的實際輸出值，並將檢測的實際輸出值發送至所述校準模塊；所述校準模塊用於調節溫度檢測電路或基準電路，將所述實際檢測模塊檢測到的所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述AD。_ (Tc)，完成對溫度傳感器的校準。
8.根據權利要求7所述的溫度傳感器的校準系統，其特徵在於，所述校準模塊在調節溫度檢測電路將所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述 ADout0(Tc)時，調節溫度檢測電路的輸出電壓的斜率，將所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述AD。ut。(Tc)；
9.根據權利要求8所述的溫度傳感器的校準系統，其特徵在於，所述校準模塊包含電壓斜率調節子模塊，用於調節所述溫度檢測電路中影響輸出電壓斜率的因素；其中，所述影響輸出電壓斜率的因素包含以下因素之一或其任意組合電流鏡比例、電阻比例、電容比例。
10.根據權利要求7所述的溫度傳感器的校準系統，其特徵在於，所述校準模塊在調節基準電路將所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述 ADout0(Tc)時，調節基準電路的輸出電壓值，將所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述 ADout0(Tc)；
11.根據權利要求10所述的溫度傳感器的校準系統，其特徵在於，所述校準模塊包含電壓調節子模塊，用於在調節基準電路將所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述AD。_(T。)時，調節基準電路中影響基準電壓值但不影響基準溫度係數的因素，在不改變基準溫度係數的前提下改變所述基準電路的輸出電壓，將所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述AD。_(T。)；其中，所述影響基準電壓值但不影響基準溫度係數的因素包含電阻阻值和/或電流大
12.根據權利要求7至11中任一項所述的溫度傳感器的校準系統，其特徵在於，所述溫度檢測電路還包含失調消除模塊，用於消除所述溫度檢測電路中的固定失調電壓； 所述校準模塊是在所述消除模塊完成所述固定失調電壓的消除後，調節溫度檢測電路或基準電路，將所述模數轉換電路的實際輸出值調整為所述AD。_(T。)。
全文摘要
本發明涉及集成電路，公開了一種溫度傳感器的校準方法及其系統。通過只調節溫度檢測電路和基準電路中的一個電路，使得在校準溫度下模數轉換電路的輸出等於理想值，即調整溫度檢測電路和基準電路中的一個電路的偏差同時消除了溫度檢測電壓偏差和基準電壓偏差對溫度傳感器輸出結果的影響，從而達到提高溫度傳感器精度的目的。而且由於不需要對溫度檢測電路和基準電路都進行校準，在實現上更為簡單。
文檔編號G01K15/00GK102175347SQ20111003790
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月15日 優先權日2011年2月15日
發明者胡建國, 蕭經華, 郎君 申請人:鉅泉光電科技(上海)股份有限公司