電子信號的溫度補償裝置的製作方法
2023-05-03 21:12:51 1
專利名稱：電子信號的溫度補償裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子信號的溫度補償裝置，尤其涉及一種適用於紅外線、晶片、溫度感測與控制、電壓源、電流源等電子信號輸入與輸出的溫度校正及補償的裝置。
背景技術：
隨著電子產業技術的發展，不僅電子產品變得更加精細，而且在電子信號之間傳遞的精準度要求也相對提高，即要求電子信號在傳遞的過程中不會因為受到環境等外部不可抗力因素(如溫度變化等影響)而造成信號的錯誤判斷，因此，在目前的各種電子組件或產品中，都會利用溫度補償裝置來自動或手動地校正和補償信號，使之不受外部溫度的影響。
目前應用於紅外線、晶片、溫度控制等電子信號輸入與輸出的溫度校正及補償的溫度補償電路或裝置可例如是美國第5246292、4488824、5719378、62832628、5455510、5621306、6283628、5048342、6332710、6504697、6808307、6736540、6679628、6525550、6029251號等發明專利中公開的溫度補償電路或裝置，在上述發明專利中公開的溫度補償電路或裝置主要是利用電阻，或者運算放大器、差動運算放大器等來形成模擬電路，並通過設置外部參考源電壓來進行溫度校正與補償。雖然這種模擬的溫度補償技術具有成本低廉的特點，但在進行校正與補償時，作為信號之一的參考電壓源的溫度會產生飄移現象，而影響校正與補償的輸出結果，導致校正精確度不準。為了克服溫度飄移的方法有兩種，第一種方法，重點考慮參考電壓源的電路設計或對半導體製備過程參數及結構的設計，儘可能將參考電壓源的溫度係數趨近於零，但採此方法不僅使電路設計複雜化，而且無法完全排除外界對參考電壓源影響所導致的溫度飄移，除此之外，對於不同電路設計或應用的轉換器，必須對參考電壓源的電路進行不同的設計，這將增加研發成本；第二種方法，則使用一般標準半導體製程工藝。在該方法中採用標準參考電壓源的電路設計，使溫度係數在溫度的規格範圍中呈現近乎常數的比例，並利用多個加法器與乘法器構成執行數字算法的溫度校正電路，通過硬體電路演算消除了參考電壓源的溫度因子影響。採此這種方法的電路設計較為簡單，外界對參考電壓源因溫度飄移產生的影響也可被排除，而且不同電路設計或應用的轉換器都採用同一執行算法的電路設計，因此，用途廣泛，可降低研發成本。
發明內容
本發明的主要目的於解決上述現有技術中存在的缺失。本發明利用多個加法器與乘法器構成溫度校正電路，以通過數字演算來進行溫度校正、補償。本發明的溫度校正、補償是通過將參考電壓源的溫度係數進行演算，從而消除溫度對其的影響。
為了實現上述目的，本發明提出了一種電子信號的溫度補償裝置，該裝置包括信號轉換器及耦接於信號轉換器以進行溫度校正與補償的溫度校正單元，所述裝置對輸入信號進行溫度補償演算與校正後輸出，所述數字校正單元包括至少由第一加法器、第一乘法器與第二加法器構成的數字電路，所述第一加法器將量測得到的實時環境溫度值與參考溫度進行數字加法演算，並輸出溫度補償數位訊號，第一乘法器對所述溫度補償數位訊號、溫度補償係數及所述輸入信號執行數字乘法演算，產生參考電壓信號輸出作為第二加法器的輸入信號中的一個，並與所述輸入信號進行數字累加，產生經補償的修正信號結果輸出。
附圖簡單說明
圖1是本發明一個具體實施例的結構方框圖；圖2是本發明一個具體實施例的電路結構圖；圖3是本發明溫度校正單元的第一加法器產生的溫度補償數位訊號的位信號示意圖；圖4是本發明另一個具體實施例的結構方框圖；圖5是本發明另一個具體實施例的電路結構圖；圖6是本發明另一個具體實施例的結構方框圖；圖7是本發明另一個具體實施例的電路結構圖。
主要組件符號說明
1-信號轉換器2-溫度校正單元3-模擬-數字轉換器4-數字-模擬轉換器11-溫度感測元件21-第一加法器22-第一乘法器23-第二加法器具體實施方式
下面將參照相應的附圖對本發明進行詳細的描述。
圖1和圖2分別是根據本發明一個實施方式的電子信號的溫度補償裝置的結構方框圖與電路結構圖。如圖所示，本發明的電子信號的溫度補償裝置包括有信號轉換器1及耦接於信號轉換器1以進行溫度校正與補償的溫度校正單元2。在信號轉換器1的一端是輸入端用於耦接取得的輸入信號Vin，另一端耦接於溫度校正單元2的輸入端，溫度校正單元2的另一端為信號輸出端Vout，輸入信號在數字與模擬相互轉換時，該溫度補償裝置通過數字電路演算而對其進行溫度校正、補償，以更精確且無需考慮參考電壓源的溫度飄移而校正信號轉換器1的輸出結果。
在本發明的一個具體實施例結構中，上述信號轉換器1是模擬-數字轉換器、數字-模擬轉換器中的一個，並進一步通過溫度校正單元2耦接到溫度感測元件11，以檢測實時讀取的實際環境溫度，並將其進行模擬到數字或數字到模擬轉換後作為溫度校正單元2在數字演算時的信號數值T，在本發明具體實施例中，信號數值T採用12位的數字表示法來表示，即信號數值T的總線長度(bus length)為12。
如圖2所示，溫度校正單元2包括至少由第一加法器21、第一乘法器22與第二加法器23構成的數字電路，該數字電路可完成以下算法公式=VinVref=VinVref(1+aT)(1+aT)]]>ΔT＝T-Tref
其中，Vin表示輸入信號電壓，Vref表示理想的參考源電壓，Vref(1+aΔT)表示實際參考源電壓，a為溫度補償係數，T為實時檢測到的內部實際環境溫度的信號數值，Tref為參考溫度的數值。
相對於輸入信號Vin，根據上列演算公式得到的演算結果=VinVref]]>對溫度變動因子加以校正及補償，獲得信號輸出Vout。這樣，就可在無需考慮參考電壓源的溫度飄移的情況下，通過校正消除溫度係數的飄移因子效應，從而高精確度地校正數據轉換器的輸出結果。
第一加法器21，用來獲取由溫度感測元件11檢測讀取的實時實際環境溫度信號數值T和參考溫度信號Tref，參考溫度信號Tref為相對應常溫下的參考溫度，並與信號數值T採用相同的N位長度的數位訊號表示，第一加法器21對信號數值T及參考溫度信號Tref以2補碼(2s』complement)的方式進行演算，並產生N位的溫度補償數位訊號輸出，其具體所包含的N位信號如圖3所示，並作為第一乘法器22的輸入數位訊號中的一個。
第一乘法器22，用於獲取第一加法器21輸出的溫度補償數位訊號(其信號位數為N個位長度)、溫度補償係數a和輸入信號Vin，對這些輸入進行數字乘法演算後產生M位長的校正電壓信號Vc輸出，作為第二加法器23的輸入信號中的一個。
上述溫度補償係數a，由外部電路的參考源電壓隨溫度變化而產生，並在利用統計測量的方式所取得後回填至a緩存器(圖中未繪示)中暫存。溫度補償係數a在本發明中同樣是以數字方式來表示，在本發明的一個具體實施例中，溫度補償係數a的總線長度為7位，即代表可補償到1024ppm/℃。
第二加法器23，用於獲取輸入信號Vin與第一乘法器22輸出的校正電壓信號Vc，並將它們作為其信號源。第二加法器23在進行數字累加操作後產生J位長度的輸出信號Vout，以對溫度係數的飄移因子進行補償與校正，從而在進行模擬-數位訊號相互轉換時實現溫度補償、校正，並輸出高精確度的修正信號。
圖4和圖5分別顯示了本發明的電子信號的溫度補償裝置應用於模擬-數位訊號轉換實施例中的結構方框圖與結構圖。如圖所示，該實施例的電子信號的溫度補償裝置包括模擬-數字轉換器3及與其耦接的溫度校正單元2。溫度校正單元2的電路結構與圖2中顯示的電路大致相同。
在該實施例中，模擬-數字轉換器3的一端為輸入源以輸入模擬信號Vin』，該模擬信號Vin』通過模擬-數字轉換器3轉換為數位訊號後，輸入溫度校正單元2。在溫度校正單元2中利用第一加法器21、第一乘法器22與第二加法器23構成的數字電路對其輸入進行演算與校正、補償後輸出信號Vout』。
圖6和圖7分別顯示了本發明電子信號的溫度補償裝置應用於數字-模擬信號轉換實施例中的結構方框圖與結構圖。如圖所示，該本實施例的電子信號的溫度補償裝置包括數字-模擬轉換器4及與其耦接的溫度校正單元2。溫度校正單元2的電路結構與圖2中顯示的電路大致相同。
在該本實施例中，數字-模擬轉換器4的一端為模擬信號輸入源以輸入模擬信號Vin」。模擬信號Vin」正比於外加的電氣信號，此電氣信號可為電壓信號或電流信號，在通過數字-模擬轉換器4進行轉換後被輸入到溫度校正單元2。在溫度校正單元2中利用第一加法器21、第一乘法器22與第二加法器23構成的電路對溫度校正單元2的輸入進行演算與校正、補償後產生輸出信號Vout」。
以上所述僅為本實用新型的優選實施方式，而並非對本實用新型保護範圍的限定。因此所有對本實用新型的說明書和附圖中的內容做等效技術、手段等變化，均包含於本實用新型的保護範圍內。
權利要求
1.一種電子信號的溫度補償裝置，包括用於溫度補償及校正的溫度校正單元，所述溫度校正單元與信號轉換器及溫度感測元件的輸出端耦合，所述溫度校正單元包括第一加法器，獲取由所述溫度感測元件檢測讀取的實時實際環境溫度信號和參考溫度信號，所述實際環境溫度信號和參考溫度信號的數據長度都為N位，所述第一加法器通過對所述實際環境溫度信號和參考溫度信號進行演算後產生長度為N位的溫度補償數位訊號輸出；第一乘法器，獲取所述第一加法器輸出的溫度補償數位訊號、長度為P位的輸入信號和長度為K位的溫度補償係數，進行數字乘法演算後產生長度為M位的校正電壓信號輸出；第二加法器，獲取所述長度為P位的輸入信號，並與所述第一乘法器輸出的所述校正電壓信號輸出累加後產生經過溫度補償、校正的輸出信號。
2.如權利要求1所述的電子信號的溫度補償裝置，其中，所述信號轉換器是模擬-數位訊號轉換器。
3.如權利要求1所述的電子信號的溫度補償裝置，其中，所述信號轉換器是數字-模擬信號轉換器。
4.如權利要求1所述的電子信號的溫度補償裝置，其中，所述溫度感測元件檢測讀取實時實際環境溫度，並將所述檢測讀取的實時實際環境溫度以數位訊號表示，以作為所述溫度校正單元位演算時的信號數值。
5.如權利要求1所述的電子信號的溫度補償裝置，其中，所述參考溫度信號是對應常溫下的參考溫度，所述參考溫度信號是採用與實際環境溫度信號相同總線長度的數位訊號。
6.如權利要求1所述的電子信號的溫度補償裝置，其中，所述N為大於零的整數。
7.如權利要求1所述的電子信號的溫度補償裝置，其中，所述K為大於零的整數。
8.如權利要求1所述的電子信號的溫度補償裝置，其中，所述P為大於零的整數。
9.如權利要求1所述的電子信號的溫度補償裝置，其中，所述M等於或不等於N+K+P。
10.如權利要求1所述的電子信號的溫度補償裝置，其中，所述溫度補償係數由外部電路的參考源電壓隨溫度變化而產生，並通過統計測量的方式取得後回填至緩存器中暫存，所述溫度補償係數以數字方式表示，所述緩存器的長度為L位，所述L為大於零的整數。
11.一種電子信號的溫度補償裝置，所述裝置包括模擬-數位訊號轉換器，其一端耦接於模擬輸入信號，並取得所述模擬輸入信號；耦接於所述模擬-數位訊號轉換器的溫度校正單元，其一端為輸出結果端以輸出數位訊號。
12.一種電子信號的溫度補償裝置，所述裝置包括溫度校正單元，其一端耦接於數字輸入信號，並取得所述數字輸入信號；耦接於所述溫度校正單元的數字-模擬信號轉換器，其一端為輸出結果端以輸出模擬信號。
全文摘要
一種電子信號的溫度補償裝置，包括信號轉換器及耦接於信號轉換器以進行溫度校正與補償的溫度校正單元。溫度校正單元包括由第一加法器、第一乘法器與第二加法器構成的數字電路，根據量測所得實時環境溫度值、參考溫度、溫度補償係數與輸入信號，執行溫度校正及補償數字演算後，產生經溫度補償的修正信號輸出，以此，排除模擬補償技術因其參考電壓源的溫度漂移所致影響、及準確度不高等問題。
文檔編號G05D23/19GK1869615SQ200510073449
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月24日 優先權日2005年5月24日
發明者黃一洲 申請人:富晶半導體股份有限公司