电阻型温度传感芯片的校准电路和校准方法_2

文档序号:8486245阅读:来源:国知局
预期数值D tl进行比较,重复多次的比较、控制及调整过 程,就可以完成自动校准,这里不需要知道室温温度的准确性,即可实现芯片输出在一定预 期范围,且准确度在±(1~2) °C内,极大了简化了校准方式。
[0025] 校准电路用于对待校准的电阻型温度传感芯片2中的输出进行校准。校准电路将 温度传感芯片的输出与设置的预期数值进行比较,然后产生控制信号,控制调节单元,调整 温度传感芯片中的电阻阻值或者电流镜像比值,从而调节实际的输出,最终将输出调整到 预期值。
[0026] 如图2所示,为本【具体实施方式】的温度传感芯片的校准电路的电路结构示意图。 校准电路包括比较单元102、控制信号产生单元103、调节单元104。图中VI,V2分别表示 温度传感芯片的芯片电路中连接感测电阻两端的两个端子。校准电路设计简单,大部分单 元可用数字电路实现,占用面积小。此外,校准电路仅在芯片工作前的预置状态下工作,在 芯片正常工作时处于休眠期,不会引入额外功耗。
[0027] 本【具体实施方式】中所校准的温度传感芯片,其输出D(T)与感测电阻的电阻值成 正比。T表示实际温度值。这样,芯片的输出更加直接地反映感测电阻的电阻值,也更加直 接地反应环境温度值,减小参数B引入的误差。
[0028] 优选地,如图3所示,为温度传感芯片中的芯片电路的一种优选结构示意图。芯片 电路包括提取电路11、时间转换电路12和数字转换电路13。提取电路11用于提取感测 电阻连接到芯片电路中时感测电阻中的电流和/或电压。时间转换电路12用于接收感测 电阻中的电流和/或电压,根据电流和/或电压得到与感测电阻的电阻值成正比的时间间 隔值。数字转换电路13用于将时间间隔值量化为数字输出结果。例如,时间转换电路12 可为伪差分的电容充电电路。提取电路11提取到的感测电阻的电流及电压输入到伪差分 的电容充电电路中,电容充电电路输出电容两端电压由低电平跳变至高电平的起始时刻tl 和终止时刻t2, t2与tl的时间间隔正比于感测电阻的电阻值,也即正比于环境温度。随 后,正比于温度的时间间隔被数字转换电路13量化,得到最终的数字输出D(T)。该数字输 出正比于感测电阻,其表达式为:
[0029] D(T) = yR(T) = γ R0 (I+TC (T-T0) = k (1+TC (T-T0)) (2)
[0030] 其中,γ是常数,由时间转换电路12和数字转换电路13的电路参数决定。k = γ%,正比于电阻阻值Rci,也可称为截距项。
[0031] 通过上述芯片电路的设置,即可使得温度传感芯片的输出与感测电阻的电阻阻值 R(T)成正比,即γ =Α,Β = 0,从而减小输出受其它参数B的影响程度,后续的校准调节更 加快速便捷。
[0032] 图2中,比较单元102用于接收温度传感芯片的输出结果D以及目标参考值,将两 者进行比较,输出比较结果。比较单元102可包括第一输入端、第二输入端和输出端。第一 输入端用于输入在在温度T (23~27 °C )下温度传感芯片2的输出D(T),第二输入端用于 输入所设置的温度传感芯片2在25°C时的预期输出值Dtl作为目标参考值D Mf,输出端用于 输出第一输入端和第二输入端的大小比较结果Comp。当温度传感芯片要求高校准精确度 时,T取25°C,也即第一输入端为25°C下芯片的输出,第二输入端为所设置的25°C时的输 出值D。。当温度传感芯片要求中等校准精确度时,T可取23~27°C中除25°C之外的温度 值,不必严格强求温度在25°C下,此时也即第一输入端为该测试芯片在温度T下的输出,第 二输入端为所设置的25°C时的输出值D tl。当第一输入端大于第二输入端时,单元输出Comp 为高电平,说明芯片的工艺偏差导致电阻阻值等参数偏大,导致芯片输出的实际值偏大。当 第一输入端小于或等于第二输入端时,单元输出Comp为低电平,说明芯片的工艺偏差导致 电阻阻值等参数偏小或正常,导致芯片输出的实际值偏小或正常。
[0033] 控制信号产生单元103用于根据比较单元102输出的比较结果Comp产生控制信 号。一种情形下,控制信号产生单元103包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出 端。第一输入端用于输入触发自动校准过程的信号S,当S由低电平转换为高电平时,表明 系统电路已经完成由温度信号到数字输出信号的转换,即将触发校准电路开始工作。第二 输入端用于输入自动校准过程所使用的参考时钟信号Clkauto-cal,参考时钟信号在控制 信号产生电路中作为基本时钟,多个参考时钟周期后产生最终的控制信号。第三输入端用 于输入比较单元102的比较结果Comp,Comp为高电平或低电平将导致产生不同的控制信 号,输出端用于输出所产生的一组多比特数字控制信号c。
[0034] 优选地,控制信号产生单元103产生的数字信号C可以通过使用逐次逼近寄存器 逻辑算法来产生。以由四个时钟周期确定输出四比特控制信号C为例,S触发自动校准电 路开始工作时,C设置为"1000"。在第一个时钟周期,如果Comp为低电平,则C的最高位 (左起第一位)保持" 1"不变,反之,如果Comp为高电平,则C的最高位改变为低电平"0"。 除根据Comp调节第一位的值之外,同时将次高位设置为"1",即第一周期后,C为" 1100"或 "0100",简写为"xlOO",这里最高位的数值X已经确定为"1"或"0"。在第二个时钟周期,由 于C发生变化,其控制的感测电阻的阻值也发生变化,比较电路将比较新的芯片输出D(T) 与参考数值Dref的大小关系,得到Comp。如果Comp为低电平,则C的第二位保持" 1"不 变,反之,如果Comp为高电平,则C的第二位改变为低电平"0"。除此之外,同时还调节第三 位的值,将第三位设置为"1",即C为"xllO"或"χΟΙΟ",简写为"xxlO",这里第二位的数值 X已经确定为"1"或"0"。在第三、四个周期,重复上述的工作,依次确定第三位和第四位的 数值,即可得到最终的四比特数字信号C。上述说明,仅以四比特控制信号为例进行说明,当 为一比特或者其他多比特位的控制信号时,也可参考上述过程设置,在此不重复说明。
[0035] 调节单元104用于根据所述控制信号调节感测电阻的电阻值的大小,或者调节所 述感测电阻上流过的电流镜像比值,进而最终调节电阻型温度传感芯片的输出大小。调节 单元104包括输入端、调节控制端;输入端用于输入控制信号产生单元103所产生的一组多 比特数字信号C,调节控制端用于作用于感测电阻,直接调节感测电阻的电阻值大小或者通 过调节感测电阻上的电流镜像比值,而感测电阻的对外输出端连接芯片电路的端口 Vl和 V2,则通过芯片电路后可影响芯片的输出,间接调节芯片的输出的大小。
[0036] 调节单元104用来调整感测电阻的电阻或其上流过的电流等变量,最终调节芯片 输出的大小。以调整感测电阻的电阻为例,不带校准电路时,感测电阻Rtl,其两端分别连 接Vl和V2两端。增加校准电路后,配合上述四比特控制信号产生单元,在感测电阻连接 到外部电路的过程中,除原感测电阻R tl外,将增加额外三个电阻,阻值分别为1/2R μ 1/4R。, 1/8&,他们与电阻Rtl组成串联电阻,串联后的两端电压分别作为所述感测电阻的对外输出 端连接到所述外部电路的两个端子Vl和V2。这四个电阻再各自并联一个开关,四个开关由 四比特信号C(C3、C2、C1、C0)来控制。具体地,第一开关、第二开关、第三开关和第四开关分 别依次并联在所述感测电阻R〇、所述第一电阻1/2&、第二电阻1/4&、第三电阻1/8&的两 端,所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的控制信号输入端分别对应接收所述四 比特控制信号的最高比特位至最低比特位的控制信号,即依次为C3、C2、CU C0。初始状态 下,C为" 1000",对应Vl和V2之间的等效电阻为Rtl。当芯片工艺偏差导致Rtl偏大时,25°C 下芯片的输出D (T = 25°C )会大于芯片的预期输出D。,导致比较单元的输出Comp为高,第 一个时钟周期内,触发控制信号产生电路的输出为"0100",即减小Vl和V2之间的等效电阻 为1/2&。再经过三个周期的比较,最终产生合适的控制信号C,其控制四个电阻的并联开 关,使得Vl和V2之间的等效电阻充分接近或等于感测电阻的预期值,进而使得芯片的输出 为预期输出D tl。如果要通过改变电流镜像比值来调整,可以增加三个电流镜像电路,应用类 似的控制原理进行控制和操作,最终使得芯片的输出充分接近或等于预期输出D。。
[0037] 另外,如果控制信号产生单元输出的是η比特的控制信号,则相应调节单元包括 η个开关和n-1个电阻,第k电阻的阻值为k = 1、2…n-1,Rtl表示所述感测电阻在 25
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