專利名稱：擴展溫度范圍中高精度數字溫度傳感器的非線性溫度變化的n階數字分段線性補償系統 ...的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及傳感器，并且更具體地涉及具有校正技術的數字溫度傳感器。
背景技術：
在諸如醫療、汽車制造及控制的廣泛應用中需要高精度溫度測量。這些數字溫 度傳感器(DTQ期望具有較低的制造成本。在考慮成本時，標準的CMOS處理是一個非常 好的選擇，但其不具有某些功能可能需要的高性能雙極型晶體管。因此，替代地使用襯底 PNP(SPNP)型晶體管。然而，這些晶體管通常沒有被很好地模型化，常常導致一階近似。產 品標定可能是克服這些問題中的一部分的解決方案。然而，在高容量產品測試中具有絕對 溫度參考(例如，油浴)的極高成本使得其不可行。因而，需要更精確的DTS系統和方法。
附圖中的各圖對本發明進行了例示，其意在示例而非限制，并且附圖中相同的附 圖標記旨在引用相似或相應部件。圖Ia顯示了順序結構的AVbe生成圖。圖Ib顯示了差分結構的AVbe生成圖。圖2顯示了高精度溫度傳感器架構的實施例的框圖。圖3顯示了期望輸出代碼與沒有增益和偏移補償的所測輸出代碼相對比的圖。圖4顯示了數字輸出代碼與具有線性補償的溫度相對比的圖。圖5顯示了使用線性補償技術時的誤差的圖。圖6顯示了分段線性化描述的圖。圖7顯示了數字輸出代碼與具有分段線性化的溫度相對比的圖。圖8顯示了對當使用線性補償技術和分段線性化技術時所引入的誤差進行比較 的圖。
具體實施例方式提供了一種用于具有數字域中分段增益和偏移校正的數字溫度傳感器(DTS)的 系統和方法。為了描述DTS設計的優點和特征，將測量溫度的問題劃分為三個不同的子問 題是有意義的，即基于溫度電壓(ΔνΒΕ)的比例生成的模擬溫度傳感器、參考電壓和模數(Α 至D)轉換器。每一塊具有其獨立存在的誤差源。[oo16] 溫度傳感器[oo17] 通過在使用一個SPNP時順序地施加集電極電流，或者如果使用多個SPNP時同時地施加集電極電流，可以產生與溫度成比例的精確電壓。圖la顯示了順序方案的厶V。．生成圖，而圖1b顯示了差分方案。如下面的等式l所示，基極一發射極電壓之差與溫度成比例
權利要求
1.一種數字溫度傳感器電路，包括差分模擬溫度傳感器，基于至少兩個雙極型結的基極至發射極電壓之間的差別而提供 模擬輸出信號；耦合至所述模擬溫度傳感器的模數轉換器，提供所述模擬輸出信號的數字表示；以及比較所述數字表示信號和多個預定閾值的比較器，其中基于該比較的增益和偏移對被 施加給數字域中的所述數字表示信號，以用于所述數字表示信號的N階分段線性校正。
2.如權利要求1所述的數字溫度傳感器電路，其中所述差分模擬溫度傳感器包括變換 方案的電流源。
3.如權利要求1所述的數字溫度傳感器電路，其中預定閾值的數量比不同增益和偏移 對的數量小1。
4.如權利要求1所述的數字溫度傳感器電路，還包括數字濾波器，并且其中所述模數 轉換器包括其輸出耦合至所述數字濾波器的西格瑪-德爾塔轉換器。
5.如權利要求1所述的數字溫度傳感器電路，其中滯后在所述數字表示信號處于所述 多個預定閾值中的任何一個時防止所述增益和偏移對的重復出入。
6.如權利要求4所述的數字溫度傳感器電路，其中所述西格瑪-德爾塔轉換器是逐次 逼近模數轉換器。
7.如權利要求4所述的數字溫度傳感器電路，其中所述數字濾波器是SINC3數字濾波ο
8. 一種溫度傳感方法，包括基于至少兩個晶體管的基極至發射極電壓之間的差別提供模擬信號；將所述模擬信號轉換為所述模擬信號的數字表示；比較所述數字表示信號和多個預定閾值；基于該比較選擇增益和偏移對；以及通過在數字域中施加增益和偏移對來對所述數字表示信號進行N階分段線性校正。
9.如權利要求8所述的溫度傳感方法，其中使用變換方案的電流源來向所述至少兩個 晶體管提供電流。
10.如權利要求8所述的溫度傳感方法，其中預定閾值的數量比不同增益和偏移對的 數量小1。
11.如權利要求8所述的溫度傳感方法，其中通過耦合至數字濾波器的西格瑪-德爾塔 轉換器將所述模擬信號轉換為數字的。
12.如權利要求8所述的溫度傳感方法，其中通過耦合至數字濾波器的逐次逼近轉換 器將所述模擬信號轉換為數字的。
13.如權利要求8所述的溫度傳感方法，其中滯后在所述數字表示信號處于多個預定 閾值中的任何一個時防止所述增益和偏移對的重復出入。
14.如權利要求11所述的溫度傳感方法，其中所述數字濾波器是SINC3數字濾波器。
15.一種數字溫度傳感器電路，包括順序模擬溫度傳感器，基于雙極型結的基極至發射極電壓比而提供模擬輸出信號，其 中多個電流源順序地向所述基極至發射極結提供電流；耦合至所述模擬溫度傳感器的模數轉換器，提供所述模擬輸出信號的數字表示；以及比較器，用于比較所述數字表示信號和多個預定閾值，其中基于該比較的增益和偏移 對被施加給數字域中的所述數字表示信號，以用于所述數字表示信號的N階分段線性校 正。
16.如權利要求15所述的數字溫度傳感器電路，其中所述順序模擬溫度傳感器包括變 換方案的電流源。
17.如權利要求15所述的數字溫度傳感器電路，其中預定閾值的數量比不同增益和偏 移對的數量小1。
18.如權利要求15所述的數字溫度傳感器電路，還包括數字濾波器，并且其中所述模 數轉換器包括其輸出耦合至所述數字濾波器的西格瑪-德爾塔轉換器。
19.如權利要求15所述的數字溫度傳感器電路，其中滯后在所述數字表示信號處于多 個預定閾值中的任何一個時防止所述增益和偏移對的重復出入。
20.如權利要求18所述的數字溫度傳感器電路，其中所述西格瑪-德爾塔轉換器是逐 次逼近模數轉換器。
21.如權利要求18所述的數字溫度傳感器電路，其中所述數字濾波器是SINC3數字濾 波器。
22.一種溫度傳感方法，包括基于雙極型結的基極至發射極電壓比而提供模擬信號，其中多個電流源順序地向所述 基極至發射極結提供電流；將所述模擬信號轉換為所述模擬信號的數字表示；比較所述數字表示信號和多個預定閾值；基于該比較選擇增益和偏移對；以及通過在數字域中施加所述增益和偏移對而對所述數字表示信號進行N階分段線性校正。
23.如權利要求22所述的溫度傳感方法，其中使用變換方案的電流源來向所述基極至 發射極結提供電流。
24.如權利要求22所述的溫度傳感方法，其中預定閾值的數量比不同增益和偏移對的 數量小1。
25.如權利要求22所述的溫度傳感方法，其中通過耦合至數字濾波器的西格瑪-德爾 塔轉換器將所述模擬信號轉換為數字的。
26.如權利要求22所述的溫度傳感方法，其中通過耦合至數字濾波器的逐次逼近轉換 器將所述模擬信號轉換為數字的。
27.如權利要求22所述的溫度傳感方法，其中滯后在所述數字表示信號處于多個預定 閾值中的任何一個時防止所述增益和偏移對的重復出入。
28.如權利要求25所述的溫度傳感方法，其中所述數字濾波器是SINC3數字濾波器。
全文摘要
提供了一種用于高精度數字溫度傳感器(DTS)的系統和方法。該系統包括基于雙極型結的差分模擬溫度傳感器，提供作為兩個雙極型結的VBE之間的差別而獲得的輸出信號。該信號被轉換至數字域并且與N-1個閾值數字值進行比較以針對DTS中不同誤差源的溫度變化而提供分段線性誤差校正。該系統和方法有利地提高了擴展溫度范圍中的DTS的精確度。
文檔編號G01K7/00GK102077067SQ200980124758
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月17日 優先權日2008年7月3日
發明者A·C·加爾維, A·S·佩納拉達, C·萊登, E·C·博世, J·A·科里爾利, J·C·瑪拉維拉 申請人:美國亞德諾半導體公司