感温模数转换方法、感温模数转换电路和感温电路与流程

1.本发明涉及集成电路技术，特别涉及温度传感技术。


背景技术：

2.集成温度传感器芯片一般是利用pn结正向压降的温度特性来实现。pn正向电压v
be
呈负温度系数，而不同电流密度的v
be
之差δv
be
呈正温度系数，v
be
和δv
be
可以合成一个不随温度变化的参考电压v
ref
，v
ref
＝αδv
be
+v
be
(α是δv
be
的放大系数)，参见图1。
3.现有温度传感器将模拟量αδvbe电压作为输入电压，v
ref
＝αδv
be
+v
be
作为参考电压，然后通过adc进行量化，将模拟量转换为数字信号。例如通过一阶σ-δadc将温度成正比的模拟量αδvbe转换为数字信号。
4.一阶σ-δadc温度传感器具体结构如图2所示，包括感温模块和一阶σ-δadc模块。感温模块提供感温的模拟量αδv
be
电压和v
be
电压，然后经过一阶σ-δadc转换为数字温度值。一阶σ-δadc包括积分器、比较器和数字滤波器(使用计数器作为数字滤波器)等。设采样电容cs和积分电容c
int
容值比为1:1。
5.开始工作时，adc输入电压为αδv
be
，然后进行积分，积分输出值和gnd进行比较。如果积分输出值大于gnd，比较器输出为1，-v
be
作为新的输入电压再次进行积分和比较；如果积分输出值小于gnd，比较器输出为0，αδv
be
作为新的输入电压再次进行积分和比较。
6.设总的计数器周期数为n(计数器等于n时，adc转换结束)，输出为1的周期数为a，则：
7.其中v
ref
＝αδv
be
+v
be
，w[n]为第n个周期积分器输出电压。
[0008]
bicmos工艺，-55℃到125℃，的范围一般为0.3～0.6。
[0009]
缺点：bicmos工艺，-55℃到125℃，的输入幅度范围只有0.3。为了增加温度的分辨率，只能提高adc的有效位数，而adc有效位数的增加会带来转换时间增大或电路复杂度增加等缺点。
[0010]
作为一种常见的温度传感器，温度输入幅度范围为0.3左右。从下表可以看到如果想增加温度分辨率，每增加一位，转换时间就增大一倍。因此想要高的分辨率，转换时间就必须增大。
[0011]


技术实现要素：

[0012]
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高分辨率低功耗的温度传感信号模数转换技术。
[0013]
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，感温模数转换方法，包括下述步骤：
[0014]
1)确定全局输入信号：以正温度系数信号αδv
be
和负温度系数信号v
be
为全局输入信号；
[0015]
2)确定初次输入信号，对全局输入信号进行处理，得到初次输入信号，作为采样输入电压；
[0016]
3)对采样目标信号进行采样，获得采样信号；
[0017]
4)对采样信号进行积分；
[0018]
5)将积分输出值与gnd电平作比较，将比较结果作为全局输出信号；
[0019]
6)依据比较结果，在两个不同的输入电压生成模式中进行选择，通过选定的输入电压生成模式产生新的采样输入电压，然后返回步骤3)；
[0020]
所述步骤2)中，初次输入信号为(a-b)*αδv
be-b*v
be
，所述a和b为预定的有理数；
[0021]
所述步骤6)中，
[0022]
如果积分输出值大于gnd，则以下式中的x1作为新的采样输入电压值：
[0023]
x1＝(a-b-1)αδv
be-(b+1)v
be
；
[0024]
如果积分输出值小于gnd，则以下式中的x2作为新的采样输入电压值：
[0025]
x0＝(a-b)αδv
be-bv
be
。
[0026]
本发明还提供一种感温模数转换电路，包括初次输入信号生成模块、积分器、比较器和输入电压生成模块，所述初次信号生成模块为计算模块，其计算方式为：
[0027]
(a-b)*αδv
be-b*v
be
[0028]
其中αδv
be
为正温度系数信号，作为第一路输入，v
be
为负温度信号，作为第二路输入，a和b为预设的有理数；
[0029]
所述输入电压生成模块具有下述逻辑：若激励信号为r1则向积分器输出信号x1，若激励信号为r0则向积分器输出信号x0；
[0030]
x1＝(a-b-1)αδv
be-(b+1)v
be
[0031]
x0＝(a-b)αδv
be-bv
be
[0032]
所述比较器的第一输入端连接积分器的输出端，第二输入端接gnd，比较器具有下述逻辑：若第一输入端的输入大于第二输入端的输入则输出r1，若第一输入端的输入小于第二输入端的输入则输出r0。
[0033]
进一步的，所述输入电压生成模块包括：
[0034]
第一选择器，其第一输入端接正温度系数信号端，第二输入端接gnd，输出端通过第一采样电容接积分器的第一输入端，所述第一采样电容的电容值为(a-b-1)cs；
[0035]
第二选择器，其第一输入端接负温度系数信号反相端，第二输入端接gnd,输出端通过第二采样电容接积分器的第一输入端，所述第二采样电容的电容值为(b+1)cs；
[0036]
第三选择器，其第一输入端接正温度系数信号端，第二输入端接gnd，输出端通过第三采样电容接积分器的第一输入端，所述第三采样电容的电容值为(a-b)cs；
[0037]
第四选择器，其第一输入端接负温度系数信号反相端，第二输入端接gnd，输出端
通过第四采样电容接积分器的第一输入端，所述第四采样电容的电容值为bcs；
[0038]
各选择器的控制端连接比较器的输出端。
[0039]
基于本发明的感温模数转换方法，本发明还提供一种采用上述感温模数转换电路的感温电路，包括感温模块、初次输入信号生成模块、积分器、比较器、输入电压生成模块和滤波器，本发明的感温模数转换电路作为输入电压生成模块。
[0040]
采用本发明的技术，感温输入幅度范围改进后由固定值变为可调，可以增加温度的分辨率。通过采样电容的组合实现输入幅度范围的可调，不会降低αδv
be
电压的线性度，也没有额外增加噪声和功耗。对于相同的感温分辨率，采用本发明技术改进后可减小后续adc分辨率的需求，进而降低功耗和电路的复杂度。
附图说明
[0041]
图1是正温度系数信号和负温度信号合成参考电压的原理示意图。
[0042]
图2是现有技术的结构示意图。
[0043]
图3是本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0044]
本发明中，“初次输入信号为(a-b)*αδv
be-b*v
be”表示初次输入信号的电压值由公式(a-b)*αδv
be-b*v
be
确定，其他公式同理。
[0045]
参见图2。
[0046]
实施例1
[0047]
本实施例为感温模数转换方法，包括下述步骤：
[0048]
1)确定全局输入信号：以正温度系数信号αδv
be
和负温度系数信号v
be
为全局输入信号；
[0049]
2)确定初次输入信号，对全局输入信号进行处理，得到初次输入信号，作为采样输入电压；
[0050]
3)对采样目标信号进行采样，获得采样信号；
[0051]
4)对采样信号进行积分；
[0052]
5)将积分输出值与gnd电平作比较，将比较结果作为全局输出信号；
[0053]
6)依据比较结果，在两个不同的输入电压生成模式中进行选择，通过选定的输入电压生成模式产生新的采样输入电压，然后返回步骤3)；
[0054]
所述步骤2)中，初次输入信号为(a-b)*αδv
be-b*v
be
，所述a和b为预定的有理数；
[0055]
所述步骤6)中，
[0056]
如果积分输出值大于gnd，则以下式中的x1作为新的采样输入电压值：
[0057]
x1＝(a-b-1)αδv
be-(b+1)v
be
；
[0058]
如果积分输出值小于gnd，则以下式中的x2作为新的采样输入电压值：
[0059]
x0＝(a-b)αδv
be-bv
be
。
[0060]
实施例2
[0061]
本实施例为感温模数转换电路，包括初次输入信号生成模块、积分器、比较器和输入电压生成模块，所述初次信号生成模块为计算模块，其计算方式为：
[0062]
(a-b)*αδv
be-b*v
be
[0063]
其中αδv
be
为正温度系数信号，作为第一路输入，v
be
为负温度信号，作为第二路输入，a和b为预设的有理数；
[0064]
所述输入电压生成模块具有下述逻辑：若激励信号为r1则向积分器输出信号x1，若激励信号为r0则向积分器输出信号x0；
[0065]
x1＝(a-b-1)αδv
be-(b+1)v
be
[0066]
x0＝(a-b)αδv
be-bv
be
[0067]
所述比较器的第一输入端连接积分器的输出端，第二输入端接gnd，比较器具有下述逻辑：若第一输入端的输入大于第二输入端的输入则输出r1，若第一输入端的输入小于第二输入端的输入则输出r0。
[0068]
所述输入电压生成模块包括：
[0069]
第一选择器，其第一输入端接正温度系数信号端，第二输入端接gnd，输出端通过第一采样电容接积分器的第一输入端，所述第一采样电容的电容值为(a-b-1)cs；
[0070]
第二选择器，其第一输入端接负温度系数信号反相端，第二输入端接gnd,输出端通过第二采样电容接积分器的第一输入端，所述第二采样电容的电容值为(b+1)cs；
[0071]
解释：负温度系数信号反相端是指具有下述特性的连接端：该连接端提供的信号电压绝对值与负温度系数信号相等，但信号的极性相反，例如，负温度系数信号电压为2v，负温度系数信号反相端的电压为-2v。
[0072]
第三选择器，其第一输入端接正温度系数信号端，第二输入端接gnd，输出端通过第三采样电容接积分器的第一输入端，所述第三采样电容的电容值为(a-b)cs；
[0073]
第四选择器，其第一输入端接负温度系数信号反相端，第二输入端接gnd，输出端通过第四采样电容接积分器的第一输入端，所述第四采样电容的电容值为bcs；
[0074]
各选择器的控制端连接比较器的输出端。
[0075]
实施例3
[0076]
本实施例为感温电路，包括感温模块、初次输入信号生成模块、积分器、比较器、输入电压生成模块和滤波器，所述初次信号生成模块为计算模块，其计算方式为：
[0077]
(a-b)*αδv
be-b*v
be
[0078]
其中αδv
be
为正温度系数信号，作为第一路输入，v
be
为负温度信号，作为第二路输入，a和b为预设的有理数；
[0079]
所述输入电压生成模块具有下述逻辑：若激励信号为r1则向积分器输出信号x1，若激励信号为r0则向积分器输出信号x0；
[0080]
x1＝(a-b-1)αδv
be-(b+1)v
be
[0081]
x0＝(a-b)αδv
be-bv
be
[0082]
所述比较器的第一输入端连接积分器的输出端，第二输入端接gnd，比较器具有下述逻辑：若第一输入端的输入大于第二输入端的输入则输出r1，若第一输入端的输入小于第二输入端的输入则输出r0。
[0083]
所述输入电压生成模块包括：
[0084]
第一选择器，其第一输入端接正温度系数信号端，第二输入端接gnd，输出端通过第一采样电容接积分器的第一输入端，所述第一采样电容的电容值为(a-b-1)cs；
[0085]
第二选择器，其第一输入端接负温度系数信号反相端，第二输入端接gnd,输出端通过第二采样电容接积分器的第一输入端，所述第二采样电容的电容值为(b+1)cs；
[0086]
第三选择器，其第一输入端接正温度系数信号端，第二输入端接gnd，输出端通过第三采样电容接积分器的第一输入端，所述第三采样电容的电容值为(a-b)cs；
[0087]
第四选择器，其第一输入端接负温度系数信号反相端，第二输入端接gnd，输出端通过第四采样电容接积分器的第一输入端，所述第四采样电容的电容值为bcs；
[0088]
各选择器的控制端连接比较器的输出端。
[0089]
通过以上实施例，结合附图可知，本发明通过调节采样电容比例，分别实现对电压[(a-b)αδv
be-bv
be
]和[(a-b-1)αδv
be-(b+1)v
be
]的积分(a和b是有理数)。如上图所示，电压αδv
be
使用电容值为(a-b)cs的采样电容，电压-v
be
使用电容值为bcs的采样电容，然后同时进行积分，则实现了对[(a-b)αδv
be-bv
be
]电压的积分；电压αδv
be
使用电容值为(a-b-1)cs的采样电容，-v
be
使用电容值为(b+1)cs的采样电容，然后同时进行积分，则实现了对[(a-b-1)αδv
be-(b+1)v
be
]电压的积分。
[0090]
本发明开始工作时，adc输入电压为[(a-b)αδv
be-bv
be
]，然后进行积分，积分输出值和gnd进行比较。如果积分输出值大于gnd，比较器输出为1，[(a-b-1)αδv
be-(b+1)v
be
]作为新的输入电压再次进行积分和比较；如果积分输出值小于gnd，比较器输出为0，[(a-b)αδv
be-bv
be
]作为新的输入电压再次进行积分和比较。
[0091]
设总的计数器周期数为n(计数器等于n时，adc转换结束)，输出为1的周期数为a，则：
[0092]
其中v
ref
＝αδv
be
+v
be
，w[n]为第n个周期积分器输出电压。
[0093]
bicmos工艺，-55℃到125℃，的范围一般为0.3～0.6。
[0094]
a和b选取不同的参数，感温的输入幅度范围等于实现可调。
[0095]
例如a＝2，b＝0.5，输入幅度范围等于0.1～0.7。
[0096]
例如a＝3，b＝0.85，输入幅度范围等于0.05～0.95。
[0097]
例如a＝10/3，b＝1，输入幅度范围等于0～1。
[0098]
作为对比，实测试某型号温度传感器，在采用本发明技术以前，-55℃到125℃感温输入幅度范围为0.3，改进后输入幅度范围可调可实现输入幅度范围最大为1，温度的分辨率是改进前的3.3倍。
[0099]
本发明通过采样电容实现对[(a-b)αδv
be-bv
be
]和-[(a-b-1)αδv
be-(b-1)v
be
]的积分，进而实现感温输入幅度范围可调，最大为1。