专利名称：温度传感器弓形补偿的制作方法
技术领域：
本发明涉及固态温度传感器，且更特定来说涉及一种补偿由固态温度传感器二极 管的非线性特性造成的固态温度传感器中的误差的方法。
背景技术：
单片式数字温度传感器利用二极管来作为固态温度传感器中的感测与参考元件。 在这些固态温度传感器中用作感测与参考电路的部分的二极管具有与温度成反比的电 压。然而，导致此关系偏离理想直线曲线的二阶项引入传感器输出的误差。这是温度 输出的重大误差源且限制了传感器的准确性。
解决由二极管电压曲率引入的问题时所使用的多数方法均为在温度传感器的模 拟区段中实施补偿。用于进行线性化的另一方法是具有查找表，从而可在转移曲线中 的不同点处做出不同校正。但当仅实施少数校正点时，此导致不平滑的校正。如果添 加更多查找点，则所需的电路的量(例如查找表大小)变大。
发明内容
为减少固态温度传感器的测量误差，需要一种在一定温度范围(二极管电压曲率) 内补偿非线性二极管特性的方法。
根据本发明的特定实例性实施例， 一种用于校正固态温度传感器的温度测量误差 的方法包括以下步骤(a)提供能够产生多个温度输出值的固态温度传感器，其中所 述多个温度输出值中的每一值表示所述固态温度传感器可测量的相应温度；(b)从所 述多个温度输出值的误差曲线中确定顶点值；(c)从所述多个温度输出值中的目前测 量的一个值中减去所述顶点值；(d)对步骤(c)的结果求平方；(e)用步骤(d) 的结果除以标量值，其中选择所述标量值以产生其经校正值；及(f)将步骤(e)的 结果与所述多个温度输出值中的目前测量的一个值相加以产生其经校正的温度输出
4值。
根据本发明另一特定实例性实施例， 一种用于校正固态温度传感器的温度测量误 差的系统包括固态温度传感器，其能够产生多个温度输出值，其中所述多个温度输 出值中的每一个值表示所述固态温度传感器可测量的相应温度；减法函数，其用于从 所述多个温度输出值中的目前测量的一个值中减去顶点值；求平方函数，其用于对来 自所述减法函数的输出求平方；除法函数，其用于用来自所述求平方函数的输出除以 标量值；及加法函数，其用于使所述多个温度输出值中的目前测量的一个值与所述除 法函数输出相加，其中所述加法函数输出包括所述多个温度输出值中的目前测量的一 个值的经校正温度输出值。
通过结合附图参照下文说明可获得对本发明的更全面了解，附图中 图1是显示在不同电流密度下操作的两个半导体二极管之间的电压差A Vbe随温 度而变的图表；
图2 (a)是显示二极管电压Vbe与温度成反比变化的图表； 图2 (b)是二极管电压Vbe的曲率随温度而变的图表，其显示Vbe从理想的直 线的偏离；
图3是显示带隙参考电压随温度而变的图表； 图4 (a)是显示温度传感器的温度输出的图表； 图4 (b)是显示从理想直线的温度输出偏离的图表； 图5 (a)是显示温度输出误差的图表； 图5 (b)是显示温度输出的经计算校正的图表； 图5 (c)是显示在将校正加回到温度输出后的温度误差的图表； 图6 (a)是根据本发明特定实例性实施例用于校正温度输出误差的示意性函数方 块图；且
图6 (b)是用于执行如图6 (a)中所图解说明校正温度输出误差的操作的系统 的示意性方块图。
尽管本发明易于做出各种修改及替代形式，但在图式中己显示并在本文中详细描 述了其特定实例性实施例。然而，应了解，本文中对特定实例性实施例的说明并不希 望将本发明限定于本文中所揭示的特定形式，而是相反，本发明打算涵盖所附权利要 求书所界定的所有修改及等效形式。
具体实施例方式
现在参照图式，其示意性地图解说明实例性实施例的细节。图式中的相同元件将 由相同的编号来表示，且相似的元件将由带有不同小写字母下标的相同编号来表示。
5参照图1，图中描绘显示在不同电流密度下操作的两个半导体二极管之间的电压 差」随温度而变的图表。温度传感器通常具有以下形式的转移函数<formula>formula see original document page 6</formula>
其中^e似是与温度成正比的变量，且^e/是不随温度而变的常数。系数m与/2经选
择以具有所需的灵敏度(增益)及用于特定应用的偏移。在固态数字温度传感器中，
上文方程式(1)中的各项可实施为<formula>formula see original document page 6</formula>
其中4We是在不同电流密度下操作的两个二极管之间的电压差。此变量如图1的图
表中所图解说明与温度成线性关系地变化。
参考F&""t/ga/ 可实施为
<formula>formula see original document page 6</formula>其中K6e是如图2 (a)中所图解说明与温度成反比地变化的二极管电压，且A为定标 常数。
由于We与Zl^e两项的温度系数相反，因此在上文中的方程式(3)中，在适当 地选择系数A:的情况下，可使F6m^gfl/7的一阶行为大致不随温度而变。然而，虽然4 We是线性的，但We具有随温度而变的曲率。图2 (b)图解说明二极管电压Me的 曲率随温度而变的曲线图，其显示We从理想直线的偏离；此可产生具有类似曲率且 可称为弓形的带隙电压。图3图解说明随温度而变的带隙参考电压的图表。
当方程式(2)的实施方案是依照温度而绘制时，其结果大致类似于图4 (a)与 4 (b)中所图解说明的内容。图4 (a)图解说明温度传感器的温度输出的图表，且图 4 (b)图解说明从理想直线的温度输出偏离的图表。
此行为极一致且可用于补偿从理想直线的温度输出偏离。此误差的大致校正可由 下式确定
<formula>formula see original document page 6</formula>其中顶点是发生在误差曲线顶点(最高峰)处的温度。此校正的量值随着温度输出从 顶点偏离开而增大。可选择标量以在曲线端点处具有正确的量值。可接着将此校正与 温度输出(来自温度传感器模/数转换器的输出)相加以获得更线性的输出。 因此，经校正的温度输出可由下式来确定
<formula>formula see original document page 6</formula>
根据本发明教示，方程式(4)与(5)中所涉及的算术运算可在数字域中被实施 且可在于固态温度传感器的模拟电路中不改变及/或添加任何元件的情况下被执行。
图5 (a)是显示温度输出的误差的图表，图5 (b)是显示温度输出的所计算校 正的图表，且图5 (c)是显示将图5 (b)的校正与图5 (a)的温度输出相加后的温 度误差的图表。根据本发明教示，还可执行偏移校正以使最终误差分布居中。
参照图6 (a)，图中描绘根据本发明特定实例性实施例用于校正温度输出误差的 示意性函数方块图。大致由数字600来表示的温度输出误差校正函数包括用于从温度传感器602接收表示温度测量的输出604的输入。上文中更完整地描述了具有耦合 到温度顶点值的输入608的符号反相器函数606。加法器函数610具有耦合到温度传 感器602的输出604的第一输入612及耦合到符号反相器函数606的输出的第二输入。 求平方函数616耦合到加法器函数610的输出618且在其输出处产生其输入的平方。 如上文中更完整地界定，除法器函数620具有耦合到求平方函数616的输出的分子输 入622及耦合到标量值的除数输入624。且加法器函数626具有耦合到温度传感器602 的数字输出604的第一输入628及耦合到除法器函数620的输出的第二输入630。加 法器函数626的输出632产生如上文方程式(5)中更完整界定的经校正的温度输出。
参照图6 (b)，图中描绘用于执行如图6 (a)中所图解说明的校正温度输出误 差的操作的系统的示意性方块图。来自温度传感器602的输出耦合到模/数转换器 (ADC)640,所述模/数转换器将温度传感器602温度测量转换为其数字值。来自ADC 640的输出的数字温度测量值耦合到数字处理器642的数字输入。所述数字温度测量 值可以是串行或并行的数字信息。数字处理器642可以是微处理器、微控制器、专用 集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字 信号处理器(DSP)等。数字处理器642可通过在软件程序(未显示)的控制下进行 操作来执行图6 (a)中所图解说明的前述函数。ADC640及数字处理器642可以是一 个集成电路装置，或ADC 640可以是温度传感器602的部分。
预期前述函数可作为在数字处理器(例如微控制器)中运行的温度校正程序的软 件步骤而在数字域中被执行；及/或借助于数字逻辑(完整地或部分地)被执行及/或借 助于模拟函数在模拟域中被执行，或其任何组合，且所述执行方式均在本发明范围内。
虽然已参照本发明的实例性实施例描绘、描述及界定了本发明各实施例，但此类 参照并不暗示对本发明的限定，且不应推断出存在此限定。能够在形式及功能上对本 发明标的物做出大量的修改、改变及等效形式，相关领域的和受益于本发明的技术人 员将会构想出这些修改、改变及等效形式。所描绘及所描述的本发明实施例仅作为实 例，且并非对本发明范围的穷尽性说明。
权利要求
1、一种用于校正固态温度传感器的温度测量误差的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供能够产生多个温度输出值的固态温度传感器，其中所述多个温度输出值中的每一温度输出值表示所述固态温度传感器可测量的相应温度；(b)从所述多个温度输出值的误差曲线中确定顶点值；(c)从所述多个温度输出值中的目前测量的一个温度输出值中减去所述顶点值；(d)对步骤(c)的结果求平方；(e)将步骤(d)的结果除以标量值，其中选择所述标量值以产生其经校正的值；及(f)将步骤(e)的结果与所述多个温度输出值中的所述目前测量的一个温度输出值相加以产生其经校正的温度输出值。
2、 如权利要求1所述的方法，其中所述多个温度输出值是所述固态温度传感器 可测量的温度的数字表示。
3、 如权利要求2所述的方法，其中使用在数字处理器中运行的软件程序来执行 步骤(b) - (f)。
4、 一种用于校正固态温度传感器的温度测量误差的系统，所述系统包括 固态温度传感器，其能够产生多个温度输出值，其中所述多个温度输出值中的每一温度输出值表示所述固态温度传感器可测量的相应温度；减法函数，其用于从所述多个温度输出值中的目前测量的一个温度输出值中减去 顶点值；求平方函数，其用于对来自所述减法函数的输出求平方；除法函数，其用于将来自所述求平方函数的输出除以标量值；及加法函数，其用于将所述多个温度输出值中的所述目前测量的一个温度输出值与所述除法函数输出相加，其中所述加法函数输出包括所述多个温度输出值中的所述目前测量的一个温度输出值的经校正温度输出值。
5、 如权利要求4所述的系统，其进一步包括模/数转换器(ADC)，所述模/数转 换器耦合到所述固态温度传感器且产生所述多个温度输出值中的所述目前测量的一个 温度输出值的数字表示。
6、 如权利要求5所述的系统，其中所述减法、求平方、除法及加法函数是使用 耦合到所述ADC的数字处理器执行的。
7、 如权利要求6所述的系统，其中所述数字处理器在软件程序的控制下执行所 述减法、求平方、除法及加法函数。
8、 如权利要求6所述的系统，其中所述数字处理器使用硬件逻辑来执行所述减 法、求平方、除法及加法函数。
9、 如权利要求6所述的系统，其中所述数字处理器选自由微处理器、微控制器、 专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列(FPGA)及 数字信号处理器(DSP)组成的群组。
全文摘要
固态温度传感器的输出是与参考电压成比例的电压的比率。所述固态温度传感器在其感测与参考电路中使用二极管，然而，这些二极管展示致使所述温度传感器输出响应偏离理想直线的二阶行为。此输出响应偏离具有类似抛物线形状的特性误差曲线。在已使用模/数转换器(ADC)将温度转换为数字值之后，可确定与所述温度传感器输出响应偏离的偏移相反地变化的偏移并将所述偏移作为偏移补偿而应用于数字域中。通过向所述ADC的数字输出添加此偏移补偿，所测量温度的数字表示将呈现更具线性的轨迹。
文档编号G01K15/00GK101600948SQ200880001840
公开日2009年12月9日 申请日期2008年1月7日 优先权日2007年1月8日
发明者阿马多·阿贝拉·卡利博索 申请人:密克罗奇普技术公司