专利名称：扩展温度范围中高精度数字温度传感器的非线性温度变化的n阶数字分段线性补偿系统 ...的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及传感器，并且更具体地涉及具有校正技术的数字温度传感器。
背景技术：
在诸如医疗、汽车制造及控制的广泛应用中需要高精度温度测量。这些数字温 度传感器(DTQ期望具有较低的制造成本。在考虑成本时，标准的CMOS处理是一个非常 好的选择，但其不具有某些功能可能需要的高性能双极型晶体管。因此，替代地使用衬底 PNP(SPNP)型晶体管。然而，这些晶体管通常没有被很好地模型化，常常导致一阶近似。产 品标定可能是克服这些问题中的一部分的解决方案。然而，在高容量产品测试中具有绝对 温度参考(例如，油浴)的极高成本使得其不可行。因而，需要更精确的DTS系统和方法。
附图中的各图对本发明进行了例示，其意在示例而非限制，并且附图中相同的附 图标记旨在引用相似或相应部件。图Ia显示了顺序结构的AVbe生成图。图Ib显示了差分结构的AVbe生成图。图2显示了高精度温度传感器架构的实施例的框图。图3显示了期望输出代码与没有增益和偏移补偿的所测输出代码相对比的图。图4显示了数字输出代码与具有线性补偿的温度相对比的图。图5显示了使用线性补偿技术时的误差的图。图6显示了分段线性化描述的图。图7显示了数字输出代码与具有分段线性化的温度相对比的图。图8显示了对当使用线性补偿技术和分段线性化技术时所引入的误差进行比较 的图。
具体实施例方式提供了一种用于具有数字域中分段增益和偏移校正的数字温度传感器(DTS)的 系统和方法。为了描述DTS设计的优点和特征，将测量温度的问题划分为三个不同的子问 题是有意义的，即基于温度电压(ΔνΒΕ)的比例生成的模拟温度传感器、参考电压和模数(Α 至D)转换器。每一块具有其独立存在的误差源。[oo16] 温度传感器[oo17] 通过在使用一个SPNP时顺序地施加集电极电流，或者如果使用多个SPNP时同时地施加集电极电流，可以产生与温度成比例的精确电压。图la显示了顺序方案的厶V。．生成图，而图1b显示了差分方案。如下面的等式l所示，基极一发射极电压之差与温度成比例
权利要求
1.一种数字温度传感器电路，包括差分模拟温度传感器，基于至少两个双极型结的基极至发射极电压之间的差别而提供 模拟输出信号；耦合至所述模拟温度传感器的模数转换器，提供所述模拟输出信号的数字表示；以及比较所述数字表示信号和多个预定阈值的比较器，其中基于该比较的增益和偏移对被 施加给数字域中的所述数字表示信号，以用于所述数字表示信号的N阶分段线性校正。
2.如权利要求1所述的数字温度传感器电路，其中所述差分模拟温度传感器包括变换 方案的电流源。
3.如权利要求1所述的数字温度传感器电路，其中预定阈值的数量比不同增益和偏移 对的数量小1。
4.如权利要求1所述的数字温度传感器电路，还包括数字滤波器，并且其中所述模数 转换器包括其输出耦合至所述数字滤波器的西格玛-德尔塔转换器。
5.如权利要求1所述的数字温度传感器电路，其中滞后在所述数字表示信号处于所述 多个预定阈值中的任何一个时防止所述增益和偏移对的重复出入。
6.如权利要求4所述的数字温度传感器电路，其中所述西格玛-德尔塔转换器是逐次 逼近模数转换器。
7.如权利要求4所述的数字温度传感器电路，其中所述数字滤波器是SINC3数字滤波ο
8. 一种温度传感方法，包括基于至少两个晶体管的基极至发射极电压之间的差别提供模拟信号；将所述模拟信号转换为所述模拟信号的数字表示；比较所述数字表示信号和多个预定阈值；基于该比较选择增益和偏移对；以及通过在数字域中施加增益和偏移对来对所述数字表示信号进行N阶分段线性校正。
9.如权利要求8所述的温度传感方法，其中使用变换方案的电流源来向所述至少两个 晶体管提供电流。
10.如权利要求8所述的温度传感方法，其中预定阈值的数量比不同增益和偏移对的 数量小1。
11.如权利要求8所述的温度传感方法，其中通过耦合至数字滤波器的西格玛-德尔塔 转换器将所述模拟信号转换为数字的。
12.如权利要求8所述的温度传感方法，其中通过耦合至数字滤波器的逐次逼近转换 器将所述模拟信号转换为数字的。
13.如权利要求8所述的温度传感方法，其中滞后在所述数字表示信号处于多个预定 阈值中的任何一个时防止所述增益和偏移对的重复出入。
14.如权利要求11所述的温度传感方法，其中所述数字滤波器是SINC3数字滤波器。
15.一种数字温度传感器电路，包括顺序模拟温度传感器，基于双极型结的基极至发射极电压比而提供模拟输出信号，其 中多个电流源顺序地向所述基极至发射极结提供电流；耦合至所述模拟温度传感器的模数转换器，提供所述模拟输出信号的数字表示；以及比较器，用于比较所述数字表示信号和多个预定阈值，其中基于该比较的增益和偏移 对被施加给数字域中的所述数字表示信号，以用于所述数字表示信号的N阶分段线性校 正。
16.如权利要求15所述的数字温度传感器电路，其中所述顺序模拟温度传感器包括变 换方案的电流源。
17.如权利要求15所述的数字温度传感器电路，其中预定阈值的数量比不同增益和偏 移对的数量小1。
18.如权利要求15所述的数字温度传感器电路，还包括数字滤波器，并且其中所述模 数转换器包括其输出耦合至所述数字滤波器的西格玛-德尔塔转换器。
19.如权利要求15所述的数字温度传感器电路，其中滞后在所述数字表示信号处于多 个预定阈值中的任何一个时防止所述增益和偏移对的重复出入。
20.如权利要求18所述的数字温度传感器电路，其中所述西格玛-德尔塔转换器是逐 次逼近模数转换器。
21.如权利要求18所述的数字温度传感器电路，其中所述数字滤波器是SINC3数字滤 波器。
22.一种温度传感方法，包括基于双极型结的基极至发射极电压比而提供模拟信号，其中多个电流源顺序地向所述 基极至发射极结提供电流；将所述模拟信号转换为所述模拟信号的数字表示；比较所述数字表示信号和多个预定阈值；基于该比较选择增益和偏移对；以及通过在数字域中施加所述增益和偏移对而对所述数字表示信号进行N阶分段线性校正。
23.如权利要求22所述的温度传感方法，其中使用变换方案的电流源来向所述基极至 发射极结提供电流。
24.如权利要求22所述的温度传感方法，其中预定阈值的数量比不同增益和偏移对的 数量小1。
25.如权利要求22所述的温度传感方法，其中通过耦合至数字滤波器的西格玛-德尔 塔转换器将所述模拟信号转换为数字的。
26.如权利要求22所述的温度传感方法，其中通过耦合至数字滤波器的逐次逼近转换 器将所述模拟信号转换为数字的。
27.如权利要求22所述的温度传感方法，其中滞后在所述数字表示信号处于多个预定 阈值中的任何一个时防止所述增益和偏移对的重复出入。
28.如权利要求25所述的温度传感方法，其中所述数字滤波器是SINC3数字滤波器。
全文摘要
提供了一种用于高精度数字温度传感器(DTS)的系统和方法。该系统包括基于双极型结的差分模拟温度传感器，提供作为两个双极型结的VBE之间的差别而获得的输出信号。该信号被转换至数字域并且与N-1个阈值数字值进行比较以针对DTS中不同误差源的温度变化而提供分段线性误差校正。该系统和方法有利地提高了扩展温度范围中的DTS的精确度。
文档编号G01K7/00GK102077067SQ200980124758
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月17日 优先权日2008年7月3日
发明者A·C·加尔维, A·S·佩纳拉达, C·莱登, E·C·博世, J·A·科里尔利, J·C·玛拉维拉 申请人:美国亚德诺半导体公司