溫度傳感器電路及溫度信號處理方法
2023-06-04 18:50:41 1
專利名稱：溫度傳感器電路及溫度信號處理方法
技術領域：
本發明涉及一種溫度傳感器電路。本發明還涉及一種溫度傳感器電路對溫度信號
進行處理的方法。
背景技術：
現有的溫度傳感器電路如圖1所示，包括溫度感測部分和溫度信號轉換部分，所 述溫度感測部分包括兩路並聯在電源端VDD與地VSS之間的電流源電路，所述每路電流源 電路包括一個電流源和一個雙極型電晶體，如圖1所示的Q4或Q5，所述電流源的一端連接 電源端，另一端連接所述雙極型電晶體的發射極，所述電流源產生電流的方向為由電源端 向雙極型電晶體的發射極，所述雙極型電晶體的集電極與基極相連接並接地；所述溫度信 號轉換部分包括一個復用器和一個模數轉換器，所述復用器有兩個信號輸入端，分別連接 每個電流源電路中的雙極型電晶體的發射極，所述復用器的電壓輸出端連接所述模數轉換 器的模擬信號輸入端V『 所述雙極型電晶體發射極產生與絕對溫度成反比的電壓VBE4和VBE5，由電壓復 用器和模數轉換器構成的溫度信號轉換部分，把和溫度有關的電壓信號轉換成表示環境溫 度的數位訊號。 根據雙極型電晶體的特性可知
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《 VREF = VBE4+ a VPTAT ; 其中a為一個比例係數，數值由器件特性決定，使VBE1的溫度係數和a VPTAT 的溫度係數互相抵消，從而產生和溫度無關的電壓VREF ;
ADC輸出數字溫度信號為 ^證=層屍° 由於雙極型電晶體存在等效串聯電阻RS，所以VPTAT不是完全和絕對溫度成正
4比，而是有一個固定的失調，因此產生了溫度測量誤差'
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種溫度傳感器電路，以及一種溫度傳感器電 路對溫度信號進行處理的方法，能夠採用較為簡單的電路結構，提高溫度傳感器電路的測 為解決上述技術問題，本發明溫度傳感器電路的技術方案是，包括溫度感測部分 和溫度信號轉換部分，所述溫度感測部分包括三路並聯在電源端與地之間的電流源電路， 所述每路電流源電路包括一個電流源和一個PNP管，所述電流源的一端連接電源端，另一 端連接所述PNP管的發射極，所述電流源產生電流的方向為由電源端向PNP管的發射極，所 述PNP管的集電極與基極相連接並接地；所述溫度信號轉換部分包括一個復用器和一個模 數轉換器，所述復用器有三個信號輸入端，分別連接每個電流源電路中的PNP管的發射極， 所述復用器的電壓輸出端連接所述模數轉換器的模擬信號輸入端。 本發明溫度信號處理方法的技術方案是，所述復用器採集電流源電路中的電壓信 號，三路電流源電路中的電壓信號分別為 隱1=—
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附+附. ^￡3 = — ln^" 《ILi J 其中，k是波爾茲曼常數，T是絕對溫度，q是單位電子電荷，L是第一路電流源電 路中PNP管的集電極電流，IS1是PNP管的飽和電流，RSI是PNP管的等效串聯電阻，n^是第 二路電流源電路中PNP管的集電極電流相對於第一路電流源電路中PNP管的集電極電流的 比例係數是第三路電流源電路中PNP管的集電極電流相對於第一路電流源電路中PNP 管的集電極電流的比例係數； 所述復用器將VBE1、VBE2和VBE3轉換成和絕對溫度成比例的電壓VPTAT，以及和 溫度無關的基準電壓VREF， PTTMr = —1)—￡2 — (m, — —KM!)=——In
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VPTAT 本發明一種溫度傳感器電路的另一種技術方案是，包括溫度感測部分和溫度信號 轉換部分，所述溫度感測部分包括三路並聯在電源端與地之間的電流源電路，所述每路電流源電路包括一個電流源和一個NPN管，所述電流源的一端連接電源端，另一端連接所述
NPN管的集電極，所述電流源產生電流的方向為由電源端向NPN管的集電極，所述NPN管的
集電極與基極相連接，所述NPN管的發射極接地；所述溫度信號轉換部分包括一個復用器
和一個模數轉換器，所述復用器有三個信號輸入端，分別連接每個電流源電路中的NPN管
的集電極，所述復用器的電壓輸出端連接所述模數轉換器的模擬信號輸入端。 本發明溫度信號處理方法的另一種技術方案是，所述復用器採集電流源電路中的
電壓信號，三路電流源電路中的電壓信號分別為 ./f 、
formula see original document page 6 其中，k是波爾茲曼常數，T是絕對溫度，q是單位電子電荷，I2是第一路電流源電 路中NPN管的集電極電流，IS2是NPN管的飽和電流，RS2是NPN管的等效串聯電阻，!112是第 二路電流源電路中NPN管的集電極電流相對於第一路電流源電路中NPN管的集電極電流的 比例係數；n2是第三路電流源電路中NPN管的集電極電流相對於第一路電流源電路中NPN 管的集電極電流的比例係數； 所述復用器將VBE1、VBE2和VBE3轉換成和絕對溫度成比例的電壓VPTAT，以及和 溫度無關的基準電壓VREF，
卩w "2-1 、 formula see original document page 6 VREF = VBE1+ a VPTAT ; 其中a為一個比例係數，數值由器件特性決定，使VBE1的溫度係數和a
的溫度係數互相抵消，從而產生和溫度無關的電壓VREF ; 之後，所述模數轉換器的輸出信號值為
formula see original document page 6formula see original document page 6 本發明通過添加了第三條電流源電路，使得電路結構仍然較為簡單，同時大大提 高了溫度傳感器電路的精度。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明
圖1為現有的溫度傳感器電路的電路圖；
圖2和圖3為本發明溫度傳感器電路的電路圖。
具體實施例方式
本發明公開了一種溫度傳感器電路，如圖2所示，包括溫度感測部分和溫度信號轉換部分，所述溫度感測部分包括三路並聯在電源端VDD與地VSS之間的電流源電路，所述 每路電流源電路包括一個電流源和一個PNP管，如圖2所示的Q1、 Q2或Q3，所述電流源的 一端連接電源端，另一端連接所述PNP管的發射極，所述電流源產生電流的方向為由電源 端向PNP管的發射極，所述PNP管的集電極與基極相連接並接地；所述溫度信號轉換部分包 括一個復用器和一個模數轉換器，所述復用器有三個信號輸入端，分別連接每個電流源電 路中的PNP管的發射極，所述復用器的電壓輸出端連接所述模數轉換器的模擬信號輸入端 VIN。 本發明還提供了一種採用上述溫度傳感器電路實現的溫度信號處理方法，所述復 用器採集電流源電路中的電壓信號，三路電流源電路中的電壓信號分別為
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之後，所述模數轉換器的輸出信號值為
VPTAT 本發明還公開了另一種溫度傳感器電路，如圖3所示，包括溫度感測部分和溫度 信號轉換部分，其特徵在於，所述溫度感測部分包括三路並聯在電源端與地之間的電流源 電路，所述每路電流源電路包括一個電流源和一個NPN管，所述電流源的一端連接電源端， 另一端連接所述NPN管的集電極，所述電流源產生電流的方向為由電源端向NPN管的集電 極，所述NPN管的集電極與基極相連接，所述NPN管的發射極接地；所述溫度信號轉換部分 包括一個復用器和一個模數轉換器，所述復用器有三個信號輸入端，分別連接每個電流源 電路中的NPN管的集電極，所述復用器的電壓輸出端連接所述模數轉換器的模擬信號輸入
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本發明還提供了一種採用上述溫度傳感器電路實現的溫度信號處理方法，其特徵 在於，所述復用器採集電流源電路中的電壓信號，三路電流源電路中的電壓信號分別為 =
《 formula see original document page 8+ ； 其中，k是波爾茲曼常數，T是絕對溫度，q是單位電子電荷，I2是第一路電流源電 路中NPN管的集電極電流，IS2是NPN管的飽和電流，RS2是NPN管的等效串聯電阻，!112是第 二路電流源電路中NPN管的集電極電流相對於第一路電流源電路中NPN管的集電極電流的 比例係數；n2是第三路電流源電路中NPN管的集電極電流相對於第一路電流源電路中NPN 管的集電極電流的比例係數； 所述復用器將VBE1、VBE2和VBE3轉換成和絕對溫度成比例的電壓VPTAT，以及和 溫度無關的基準電壓VREF，
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VREF = VBE1+ a VPTAT ; 其中a為一個比例係數，數值由器件特性決定，使VBE1的溫度係數和a 的溫度係數互相抵消，從而產生和溫度無關的電壓VREF ;
之後，所述模數轉換器的輸出信號值為
VPTAT 本發明通過對產生的三個基極發射極電壓VBE1、 VBE2和VBE3進行運算產生 VPTAT，可以補償等效串聯電阻的影響，從而使得VPTAT更接近於理想值，並且和絕對溫度 成正比，大大提高了溫度傳感器電路的精度。
權利要求
一種溫度傳感器電路，包括溫度感測部分和溫度信號轉換部分，其特徵在於，所述溫度感測部分包括三路並聯在電源端與地之間的電流源電路，所述每路電流源電路包括一個電流源和一個PNP管，所述電流源的一端連接電源端，另一端連接所述PNP管的發射極，所述電流源產生電流的方向為由電源端向PNP管的發射極，所述PNP管的集電極與基極相連接並接地；所述溫度信號轉換部分包括一個復用器和一個模數轉換器，所述復用器有三個信號輸入端，分別連接每個電流源電路中的PNP管的發射極，所述復用器的電壓輸出端連接所述模數轉換器的模擬信號輸入端。
2. —種採用如權利要求1所述的溫度傳感器電路實現的溫度信號處理方法，其特徵在 於，所述復用器採集電流源電路中的電壓信號，三路電流源電路中的電壓信號分別為formula see original document page 2其中，k是波爾茲曼常數，T是絕對溫度，q是單位電子電荷，L是第一路電流源電路中 PNP管的集電極電流，IS1是PNP管的飽和電流，RSI是PNP管的等效串聯電阻，mi是第二路 電流源電路中PNP管的集電極電流相對於第一路電流源電路中PNP管的集電極電流的比例 係數是第三路電流源電路中PNP管的集電極電流相對於第一路電流源電路中PNP管的 集電極電流的比例係數；所述復用器將VBE1、VBE2和VBE3轉換成和絕對溫度成比例的電壓VPTAT，以及和溫度 無關的基準電壓VREF，formula see original document page 2其中a為一個比例係數，數值由器件特性決定，使VBE1的溫度係數和a 度係數互相抵消，從而產生和溫度無關的電壓VREF ; 之後，所述模數轉換器的輸出信號值為formula see original document page 2
3. —種溫度傳感器電路，包括溫度感測部分和溫度信號轉換部分，其特徵在於，所述溫 度感測部分包括三路並聯在電源端與地之間的電流源電路，所述每路電流源電路包括一個 電流源和一個NPN管，所述電流源的一端連接電源端，另一端連接所述NPN管的集電極，所 述電流源產生電流的方向為由電源端向NPN管的集電極，所述NPN管的集電極與基極相連 接，所述NPN管的發射極接地；所述溫度信號轉換部分包括一個復用器和一個模數轉換器， 所述復用器有三個信號輸入端，分別連接每個電流源電路中的NPN管的集電極，所述復用 器的電壓輸出端連接所述模數轉換器的模擬信號輸入端。
4. 一種採用如權利要求3所述的溫度傳感器電路實現的溫度信號處理方法，其特徵在於，所述復用器採集電流源電路中的電壓信號，三路電流源電路中的電壓信號分別為formula see original document page 3其中，k是波爾茲曼常數，T是絕對溫度，q是單位電子電荷，12是第一路電流源電路中 NPN管的集電極電流，IS2是NPN管的飽和電流，RS2是NPN管的等效串聯電阻，m2是第二路 電流源電路中NPN管的集電極電流相對於第一路電流源電路中NPN管的集電極電流的比例 係數；n2是第三路電流源電路中NPN管的集電極電流相對於第一路電流源電路中NPN管的 集電極電流的比例係數；所述復用器將VBE1、VBE2和VBE3轉換成和絕對溫度成比例的電壓VPTAT，以及和溫度 無關的基準電壓VREF，formula see original document page 3其中a為一個比例係數，數值由器件特性決定，使VBE1的溫度係數和a 度係數互相抵消，從而產生和溫度無關的電壓VREF ; 之後，所述模數轉換器的輸出信號值為formula see original document page 3
全文摘要
本發明公開了一種溫度傳感器電路，包括溫度感測部分和溫度信號轉換部分，溫度感測部分包括三路並聯在電源端與地之間的電流源電路；溫度信號轉換部分包括一個復用器和一個模數轉換器，復用器有三個信號輸入端，分別連接每個電流源電路中雙極型電晶體，復用器的電壓輸出端連接模數轉換器的模擬信號輸入端。本發明還提供了一種由上述電路實現的溫度信號處理方法，由三路電流源電路中的電壓值計算得到溫度信號值。本發明通過對產生的三個基極發射極電壓VBE1、VBE2和VBE3進行運算產生和絕對溫度成正比的電壓VPTAT，可以補償雙極型電晶體等效串聯電阻的影響，從而使得VPTAT更接近於理想值，並且和絕對溫度成正比，大大提高了溫度傳感器電路的精度。
文檔編號G01K7/01GK101762338SQ200810044168
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月24日 優先權日2008年12月24日
發明者孟醒, 李兆桂, 陳濤 申請人:上海華虹Nec電子有限公司