高精度数字温度传感器校准电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及模拟集成电路领域。
【背景技术】
[0002] 温度传感器在集成电路中具有重要作用，常用于个人计算机、环境温度控制和工 业生产控制等。温度传感器件有多种选择，对高精度应用环境通常选择不同衬底三极管的 差值AVBE来实现温度检测。
[0003] 温度检测原理如下：
[0004] 根据三极管I-V特性公式：
[0008]其中VT = K · T/q，三极管Q1、Q2采用相同面积的同类型三极管，所以三极管反向饱 和漏电流I si = IS2，三极管Q1、Q2的集电极电流比例为N，最终可得：
[0010]对公式(3)进行求导计算：
[0012]公式(4)代表了传感器输出对温度的变化斜率，影响最终温度传感器输出的增益 误差。
[0013]温度传感器差分输出电压经过模数转换器(ADC)转换成数字输出，假设传感器输 出增益误差为Egain，ADC参考电压为VREF。于是，ADC输出可表示为：
[0015]其中Vsensor+ideal为理想温度传感器输出，bits是AD转换器的位数。由式(5)可以看 出，要想得到理想的输出AD输出码需要对分母进行补偿，即根据传感器输出增益误差大小 相应改变参考基准的大小，从而达到通过改变ADC参考电压实现修调温度传感器增益误差 的目的。
[0016]在公式（3)中，温度T表示的是开氏温度，将开氏温度转换成摄氏温度，公式（3)需 要减去一个与温度无关的失调量。于是，温度传感器输出电压可表示为：
[0018] 公式(6)对温度求导数，可得与公式(3)相同的结论，失调电压的存在不会影响传 感器输出增益，仅能够改变传感器输出的失调。通过改变Voffset可实现修调传感器温度失 调。
[0019] Vref = VBE+K* Δ VBE (7)
[0020] 基准电压可以由公式(7)表示，其中，VBE具有负温度系数，Δ VBE具有正温度系数， VBE温度系数如下：
[0022] 根据公式(8)可知，VBE电压绝对值与VBE温度系数相关，可同通过改变VBE电压来 影响VBE温度系数，VBE电压可以通过偏置电流来改变。
【发明内容】
[0023] 本发明所要解决的技术问题是，提出一种高精度数字温度传感器校准电路，能够 有效的修调温度传感器的增益误差和失调误差。
[0024] 本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，高精度数字温度传感器的校准电 路，其特征在于，包括控制单元、基准温度系数修调单元、基准电压单元和反馈放大单元，
[0025] 与控制单元连接的基准温度系数修调单元包括镜像比例可调的镜像电流，用于产 生第一偏置电流Ifuse;
[0026] 基准电压单元与修调单元连接，用于产生零温度系数输出电压；
[0027] 反馈放大单元与基准电压单元连接，反馈放大单元包括失调电压修调模块和参考 电压修调模块，用于产生失调电压和ADC转换所需的参考电压；
[0028] 控制单元分别与失调电压修调模块和参考电压修调模块连接。
[0029] 所述基准电压单元包括：
[0030]第一选择开关31，其输入端接第一偏置电流输入端，其第一输出端通过第三晶体 管Q3接地，其第二输出端接第一参考点A，第一参考点A通过第四晶体管Q4接地；
[0031]与第一选择开关31联动的第二选择开关32,其第一输出端接第一参考点A，其第 二输出端接第二运放36的正性输入端;其输入端连接第二偏置电流源，所述第二偏置电流 源大小由公式9决定：
[0033]其中K为玻尔兹曼常数、q为基本电荷量、N为第二偏置电流源与第一偏置电流源的 比例系数、VBE温度系数与工艺相关。T为温度，C4、C5为电容值。
[0034]第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的基极都接地；
[0035]第二运放36,其正性输入端还与第一选择开关的第一输出端连接，正性输入端还 通过第五开关35与第二参考点B连接，其负性输入端通过第四电容C4连接第一参考点A，其 负性输入端还通过第五电容C5连接第二参考点B，其负性输入端还通过第三开关33连接基 准电压输出端，第二参考点B还通过第四开关34连接基准电压输出端。
[0036]所述反馈放大单元包括：
[0037]第一运放41，其正性输入端接基准电压输出端，其负性输入端接分压模块的第一 活动输出端；
[0038]第三运放42,其正性输入端接第二运放41的输出端，其负性输入端接参考电压输 出端，其输出端接参考电压输出端；
[0039] 与控制单元连接的分压模块，其第一活动输出端与第二运放的负性输入端连接， 其第二活动输出端与失调电压输出端连接，其输入端与第二运放的输出端连接，其输出端 接地。
[0040] 本发明可以对温度传感器数字输出的增益误差、失调误差进行修调，通过对基准 温度系数的修调可以使全温范围内的增益误差和失调误差限制在很小的范围内。采用 EELATCH修调手段可以更好的实现高精度修调的同时节省更多的芯片面积和修调引脚数 量，与译码电路配合使用灵活性更大。
【附图说明】
[0041 ]图1为现有技术的温度传感器结构示意图。
[0042] 图2为本发明的基准负温度系数修调结构示意图。
[0043] 图3为本发明的带隙基准结构示意图。
[0044] 图4为本发明的失调误差、增益误差修调原理图。
[0045] 图5为本发明的负温度系数修调电路图。
[0046] 图6为本发明的温度-数字输出转换示意图。
【具体实施方式】
[0047] 本发明包括控制单元、基准温度系数修调单元、基准电压单元和反馈放大单元，与 控制单元连接的基准温度系数修调单元包括镜像比例可调的镜像电流，用于产生第一偏置 电流Ifuse;基准电压单元与修调单元连接，用于产生零温度系数输出电压;反馈放大单元 与基准电压单元连接，反馈放大单元包括失调电压修调模块和参考电压修调模块，用于产 生失调电压和ADC转换所需的参考电压;控制单元分别与失调电压修调模块和参考电压修 调丰吴块连接。
[0048] 本发明通过控制单元(EELATCH及译码电路)对电阻反馈系数进行修改，实现ADCS 考电压的修调。失调电压的输出节点可以通过EELATCH和译码电路进行修改，从而实现失调 电压的修调。失调电压的改变不影响反馈放大电路的输出，即修改失调误差不影响增益误 差。
[0049] 基准电压单元产生与温度无关的基准电压，基准电压输出接反馈电路的正性输入 端，同分压电阻共同产生ADC转换所需的参考电压。基准电压单元还包括基准温度系数修调 电路。通过EELATCH和译码电路调苄基准模块三极管的偏置电流，对负温度系数进行修调， 从而实现对基准输出温度系数的修调。
[0050] 反馈电路同分压电阻产生的参考电压输出接第三运放(缓冲buffer)的同向输入 端。
[0051 ] 参见图1~4,温度传感器的输入电流为II，通过NM0S管M1、M2、M3、M4到M5、M6、M7、 M8的镜像关系产生输出电流I f us e，电离I f us e为bandgap电路三极管的偏置电流。
[0052] 图3中共有5个开关1(1、1(2、1(3、1(4、1(5。开关时序如下:第一步沽1和1^3闭合汰2断开， k5连接到节点3，k4连接到节点1;第