常温下温度传感器输出斜率测试方法与流程

1.本发明涉及温度传感器输出斜率测试技术，特别是一种常温下温度传感器输出斜率测试方法，通过在带隙基准产生电路中设置分压电阻和双模式测试开关组合，以改变连接运算放大器正向输入端的正温度系数电压，能够在同样的常温条件下测试到温度传感器输出电压端的两次不同输出电压值，并通过这两次不同输出电压值确定温度传感器输出斜率，避免了对温度传感器芯片的高温加热，从而有利于降低测试成本和提高测试效率。


背景技术：

2.温度传感器芯片的输出斜率值是一个重要的指标，当前得到其斜率值的方法一般需要在两个不同温度下测试其输出值，通过两个不同的输出电压值和相对应的两个温度值，一个温度值是常温，另一个温度值是高温，进行简单运算得到斜率值，也就是温度传感器输出随温度变化而变化的线性变化率。这种方法的缺陷是需要对温度传感器芯片加热到高温，这样大大增加了测试成本和测试时间。本发明人认识到，温度传感器芯片电路包括两部分，一部分为带隙基准产生电路bandgap，另一部分为运算放大器opa和电阻构成的运算电路，带隙基准产生路通过带隙基准电压端和正温度系数电压端相连接。本发明人认为，如果在带隙基准产生电路中设置分压电阻和双模式测试开关组合，以改变连接运算放大器正向输入端的正温度系数电压，就能够在同样的常温条件下测试到温度传感器输出电压端的两次不同输出电压值，并通过这两次不同输出电压值确定温度传感器输出斜率，避免了对温度传感器芯片的高温加热，从而有利于降低测试成本和提高测试效率。有鉴于此，本发明人完成了本发明。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种常温下温度传感器输出斜率测试方法，通过在带隙基准产生电路中设置分压电阻和双模式测试开关组合，以改变连接运算放大器正向输入端的正温度系数电压，能够在同样的常温条件下测试到温度传感器输出电压端的两次不同输出电压值，并通过这两次不同输出电压值确定温度传感器输出斜率，避免了对温度传感器芯片的高温加热，从而有利于降低测试成本和提高测试效率。
4.本发明的技术方案如下：
5.常温下温度传感器输出斜率测试方法，其特征在于，利用待测温度传感器芯片电路中的带隙基准产生电路和运算电路，在所述带隙基准产生电路中设置分压电阻和双模式测试开关组合，利用所述双模式测试开关选通所述分压电阻以改变连接所述运算电路中的运算放大器正向输入端的正温度系数电压值，不同的正温度系数电压值对应不同的输出电压值，利用在同样常温条件下测试到的两次不同输出电压值确定温度传感器输出斜率。
6.所述分压电阻包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端通过所述双模式测试开关中的第一测试模式开关连接正温度系数电压模式切换端，所述第一分压电阻的另一端一路通过所述双模式测试开关中的第二测试模式开关连接所述正温度系
数电压模式切换端，另一路通过所述第二分压电阻连接接地端。
7.所述第一分压电阻的一端一路连接第二npn三极管的发射极，另一路通过第四电阻连接第一npn三极管的发射极，所述第一npn三极管与所述第二npn三极管的个数比为n:1，n为大于1的自然数，所述第一npn三极管的基极和所述第二npn三极管的基极互连后连接带隙基准电压端，所述带隙基准电压端依次通过第一电阻和第二电阻接地，所述第一电阻和第二电阻之间的中间节点一路连接所述运算放大器的负向输入端，另一路通过第三电阻连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端连接输出电压端。
8.所述输出电压端通过负载电容连接接地端。
9.所述第一npn三极管的集电极分别连接第一pmos管的漏极和栅极以及第二pmos管的栅极，所述第一pmos管的源极和所述第二pmos管的源极均连接电源电压端，所述第二pmos管的漏极连接所述二npn三极管的集电极。
10.当常温的热力学温度值为t0，所述第一测试模式开关闭合，所述第二测试模式开关断开，此时所述第一分压电阻的电阻值r
5a
和所述第二分压电阻的电阻值r
5b
共同形成所述正温度系数电压模式切换端的第一测试模式正温度系数电压值v
ptat1
，由此在温度传感器的输出电压端测试得到第一输出电压值v
out1
；在同一常温下，所述第一测试模式开关断开，所述第二测试模式开关闭合，此时所述第二分压电阻的电阻值r
5b
形成所述正温度系数电压模式切换端的的第二测试模式正温度系数电压值v
ptat2
，由此在温度传感器的输出电压端测试得到第二输出电压值v
out2
；设温度传感器的输出斜率为k，则
11.其中，
12.本发明的技术效果如下：本发明常温下温度传感器输出斜率测试方法，通过在常温下对温度传感器进行两次测试，第一次测试(第一测试模式开关闭合，第二测试模式开关断开)得到一组输出值和温度值，然后进入tm模式(第一测试模式开关断开，第二测试模式开关闭合)，相当于改变电阻串抽头，从而改变输出斜率值，改变后的斜率值和最初的斜率值有确定的比例关系，在相同温度下进行第二次测试，根据两次测试值和温度值，即可以得到温度传感器的输出斜率值。由此可见，两次测试均能够在常温下进行，避免了现有技术中的对芯片的高温加热，同时也因此降低了温度传感器芯片输出斜率的测试成本，提高了温度传感器芯片输出斜率的测试效率。
附图说明
13.图1是实施本发明常温下温度传感器输出斜率测试方法所应用的温度传感器电路结构示意图。
14.附图标记列示如下：bandgap-带隙基准产生电路；opa-运算放大器；vbg-带隙基准电压端(bandgap voltage reference，带隙基准电压)；vdd-电源电压端；vptat-正温度系数电压模式切换端；vout-输出电压端；cl-负载电容；mp1-第一pmos管；mp2-第二pmos管；bq1-第一npn三极管；bq2-第二npn三极管；n∶1-bq1与bq2的个数比或面积比；r1～r4-第一电阻至第四电阻；r5a-第一分压电阻；r5b-第二分压电阻；tm-第一测试模式开关；tm_n-第二测试模式开关。
具体实施方式
15.下面结合附图(图1)和实施例对本发明进行说明。
16.图1是实施本发明常温下温度传感器输出斜率测试方法所应用的温度传感器电路结构示意图。参考图1，常温下温度传感器输出斜率测试方法，利用待测温度传感器芯片电路中的带隙基准产生电路bandgap和运算电路，在所述带隙基准产生电路bandgap中设置分压电阻和双模式测试开关组合，利用所述双模式测试开关选通所述分压电阻以改变连接所述运算电路中的运算放大器opa正向输入端(+)的正温度系数电压值，不同的正温度系数电压值对应不同的输出电压值，利用在同样常温条件下测试到的两次不同输出电压值确定温度传感器输出斜率。所述分压电阻包括第一分压电阻r5a和第二分压电阻r5b，所述第一分压电阻r5a的一端通过所述双模式测试开关中的第一测试模式开关tm连接正温度系数电压模式切换端vptat，所述第一分压电阻r5a的另一端一路通过所述双模式测试开关中的第二测试模式开关tm_n连接所述正温度系数电压模式切换端vptat，另一路通过所述第二分压电阻r5b连接接地端。所述第一分压电阻r5a的一端一路连接第二npn三极管bq2的发射极，另一路通过第四电阻r4连接第一npn三极管bq1的发射极，所述第一npn三极管bq1与所述第二npn三极管bq2的个数比为n∶1，n为大于1的自然数，所述第一npn三极管bq1的基极和所述第二npn三极管bq2的基极互连后连接带隙基准电压端vbg，所述带隙基准电压端vbg依次通过第一电阻r1和第二电阻r2接地，所述第一电阻r1和第二电阻r2之间的中间节点一路连接所述运算放大器opa的负向输入端(-)，另一路通过第三电阻r3连接所述运算放大器opa的输出端，所述运算放大器opa的输出端连接输出电压端vout。所述输出电压端vout通过负载电容cl连接接地端。所述第一npn三极管bq1的集电极分别连接第一pmos管mp1的漏极和栅极以及第二pmos管mp2的栅极，所述第一pmos管mp1的源极和所述第二pmos管mp2的源极均连接电源电压端vdd，所述第二pmos管mp2的漏极连接所述二npn三极管bq2的集电极。
17.当常温的热力学温度值为t0，所述第一测试模式开关tm闭合，所述第二测试模式开关tm_n断开，此时所述第一分压电阻r5a的电阻值r
5a
和所述第二分压电阻r5b的电阻值r
5b
共同形成所述正温度系数电压模式切换端vptat的第一测试模式正温度系数电压值v
ptat1
，由此在温度传感器的输出电压端vout测试得到第一输出电压值v
out1
；在同一常温下，所述第一测试模式开关tm断开，所述第二测试模式开关tm_n闭合，此时所述第二分压电阻r5b的电阻值r
5b
形成所述正温度系数电压模式切换端vptat的的第二测试模式正温度系数电压值v
ptat2
，由此在温度传感器的输出电压端vout测试得到第二输出电压值v
out2
；设温度传感器的输出斜率为k，则
18.其中，
19.图1所示是本发明涉及的温度传感器电路结构，可见由两部分组成，左边是bandgap产生电路，右边是由opa和电阻构成的运算电路。左边框图中显示的电路是bandgap电路的核心部分，这里简化其电路是为了更好地说明本发明的工作原理。三极管bq1和bq2是整个bandgap电路的核心，它们的个数比为n∶1。通过设置合适的电阻r1～r3的阻值，可以灵活设计出不同斜率值和截距的与温度成线性关系的v
out
，下面结合图1对本发明常温下温度传感器输出斜率测试方法，特别是其中的测试原理等，进行说明。
20.三极管bq1和bq2的个数比为n∶1，所以可得
△
v
be
的表达式为：
[0021][0022]
其中k是玻尔兹曼常数，t是热力学温度，q是电子电荷量。
[0023]
芯片正常工作时，即未进入tm模式，tm＝1，tm_n＝0，电阻r
5a
和r
5b
共同决定v
ptat
的值，由此可得与温度成正比的电压v
ptat
的表达式为：
[0024][0025]
在此基础上可以容易得到带隙基准电压v
bg
的表达式为：
[0026]
v
bg
＝v
be2
+v
ptat
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-3)
[0027]
v
be2
有负温度系数，v
ptat
有正温度系数，通过合理设置电阻r4和r5的值，可以得到零温度系数的电压v
bg
。
[0028]
由一个bandgap电路同时得到与温度成正比的电压v
ptat
和与温度无关的电压v
bg
后，如图1所示使用opa和电阻构成的运算电路将两者结合到一起，即得到输出电压v
out
：
[0029][0030]
可见，通过合理设置电阻r1～r3的值，就可以得到所需斜率和截距的线性输出关系，实现温度传感器的功能。
[0031]
下面介绍常温下得到其斜率值的测试方法。由前面介绍可知，芯片未进入tm模式时，电阻r
5a
和r
5b
共同决定v
ptat
的值，常温t0(热力学温度)时可测得输出v
out1
：
[0032][0033]
芯片进入tm模式后，tm＝0，tm_n＝1，此时只有电阻r
5b
决定v
ptat
的值，其表达式为：
[0034][0035]
此时在相同温度t0下进行第二次测试，可得输出v
out2
为：
[0036][0037]
而我们已知电阻r
5a
和r
5b
的比值：
[0038][0039]
代入式(1-7)后，可得v
out2
表达式为：
[0040][0041]
v
out1
和v
out2
作差之后可得其斜率值为：
[0042][0043]
从而在常温下就可以得到温度传感器输出斜率的值。
[0044]
本发明避免了现有技术中的对芯片的高温加热，不需要高温加热，两次测试均在常温下进行，降低成本，提高测试效率。
[0045]
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。