一种温度检测电路的制作方法与工艺

本发明涉及检测电路，特别是一种温度检测电路。

背景技术：
热敏电阻，是一种随温度上升电阻发生变化、具有一定温度系数的电阻。通常，负温度系数热敏电阻，即NTC热敏电阻，温度测量范围可以涵盖-40摄氏度到125摄氏度；正温度系数热敏电阻，即PTC热敏电阻，温度测量范围可以涵盖-55摄氏度到315摄氏度。热敏电阻的温度检测范围可以满足绝大部分应用的需求。所以，采用热敏电阻进行温度检测是一种常用的检测温度的方法。对于热敏电阻而言，其阻值随温度的变化曲线并不是线性的。对于NTC热敏电阻，其阻值随温度的变化呈指数关系，表达式如下所示：其中，T0表示常温，通常为25摄氏度，BT0/T表示温度T时的热敏常数。如果需要采用NTC热敏电阻在某一温度范围内进行温度检测，就需要对NTC热敏电阻的阻值进行线性化拟合。通常，采用NTC热敏电阻进行温度检测的电路如图1所示，主要包括NTC热敏电阻10和电压温度转换电路11，其中，电压温度转换电路11包括零温度系数电流源110，模数转换器111和数字拟合信号处理112。零温度系数电流源流过NTC热敏电阻可以得到一个与温度相关的电压，该电压值只与NTC热敏电阻的温度系数相关。经过模数转换器的量化，可以得到一个与NTC热敏电阻电压相关的数字码。数字码经过数字拟合信号处理后，得到最后的温度检测结果。对于数字拟合信号处理来说，必须预先得到NTC热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，这样就能精确地计算得到NTC热敏电阻的电压所对应的温度。但是这种电压温度检测电路的硬件开销很大，除了模数转换器以外，数字拟合信号处理电路需要采用多位的乘法和除法器。图2所示的是另一种NTC热敏电阻检测电路。NTC热敏电阻与Rup串联链接在电源VCC与地GND之间。NTC点的电压表达式为：电压温度转换电路20主要包括分压电阻R1和R2，运算放大器200。NTC点连接在运算放大器200的负相端。如果只用来检测一个温度点，那么运算放大器的输出高低电平就可以判断NTC热敏电阻的温度区间。如果要检测多个温度点，则必须要保证运算放大器200在整个温度检测范围内都工作在线性放大区，并且其输出需要被模数转换器进行量化并使用数字信号处理器做线性拟合，从而得到最后的检测温度。这种方法的硬件开销同样很大。PTC热敏电阻主要分为开关型和缓变型两种。其中，开关型PTC热敏电阻在很小的温度区间，电阻阻值急升几个数量级，并且在整个温度区间并不单调，因此只能在有限温度区间内进行温度检测。在电阻值呈单调变化的温度区间内，同样可以采用NTC热敏电阻检测温度的电路来进行PTC热敏电阻的温度检测。

技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是提供温度检测电路，取代现有技术中温度检测中模数转换器以及复杂的数字拟合信号处理方式。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种温度检测电路，所述温度检测电路包括：温度传感器电路,用于由温度变换而产生温度电压；标准电压电路，用于接受控制信号控制，并输出不连续变化的阈值电压，所述阈值电压对应相应的温度；比较电路，用于比较所述温度电压与所述阈值电压并将比较结果转换为数字信号；数字信号处理器，用于处理所述数字信号并向所述标准电压电路发送控制信号；所述数字信号处理器根据所述数字信号，控制所述标准电压电路输出与所述温度电压相匹配的阈值电压。进一步地，所述温度传感器电路包括：热敏电阻、第一电阻与第二电阻，所述热敏电阻先与第二电阻并联后再串联第一电阻。更进一步地，所述标准电压电路包括：分压电阻串与开关列阵，所述分压电阻串由多个相同阻值的分压电阻串联而成，所述开关列阵由多个与分压电阻串联的开关组成。更进一步地，所述温度检测电路还包括：设置在所述温度传感器电路与标准电压电路之间的电压源，所述温度传感器电路与标准电压电路具有共同的接地。更进一步地，所述比较电路包括：第一比较器，所述第一比较器的一个输入端与开关列阵连接，另一个输入端与热敏电阻连接。更进一步地，所述数字信号处理器根据第一比较器的数字信号，判定温度电压与当前阈值电压不匹配时，所述数字信号处理器控制开关阵列中已接通开关断开，并控制所述开关列阵中未接通的开关按顺序依次接通，使温度电压与阈值电压重新匹配后停止。更进一步地，所述比较电路包括：第一比较器与第二比较器。更进一步地，所述第一比较器的一个输入端与开关列阵中排序为奇数的开关连接，所述第一比较器的另一个输入端与热敏电阻连接。更进一步地，所述第二比较器的一个输入端与开关列阵中排序为偶数的开关连接，所述第二比较器的另一个输入端与热敏电阻连接。更进一步地，所述数字信号处理器根据第一比较器和第二比较器的数字信号，判定温度电压与现阶段阈值电压不匹配时，所述数字信号处理器控制开光列阵中已接通开关断开，并控制所述开关列阵中位于已接通开关上方和下方的未接通开关按顺序依次接通，使温度电压与阈值电压重新匹配后停止。本发明的有益效果是：本发明提出的热敏电阻温度检测电路结构简单，无需模数转换器和复杂的数字拟合信号处理，采用比较器与数字控制器即能够实现对温度的精确测量。附图说明图1为现有技术中一种NTC热敏电阻温度检测电路图；图2为现有技术中另一种NTC热敏电阻温度检测电路图；图3本发明一种实施方式电路图；图4本发明采用NTC热敏电阻检测温度时，TSNS电压与比较器阈值随温度变化的曲线；图5为本发明采用PTC热敏电阻检测温度时，TSNS电压与比较器阈值随温度变化的曲线；图6本发明另一种实施方式电路图。附图说明：10、NTC热敏电阻；11、电压温度转换电路；110、零温度系数电流源；111、模数转换器；112、数字拟合信号处理电路；20、电压温度转换电路；200、运算放大器；201、数字信号处理电路；30、热敏电阻网络；31、电压温度转换电路；310、分压电阻串；311、开关阵列；312、比较器电路；313、数字信号处理器；40、采用NTC热敏电阻检测温度时TSNS电压随温度变化的曲线；41、比较器阈值THR_TH随温度变化的曲线；42、比较器阈值THR_TH_HYS随温度变化的曲线；50、采用PTC热敏电阻检测温度时TSNS电压随温度变化的曲线；51、比较器阈值THR_TH随温度变化的曲线；52、比较器阈值THR_TH_HYS随温度变化的曲线；60、热敏电阻网络；61、电压温度转换电路；610、分压电阻串；611、开关阵列；612、比较器电路；613、数字信号处理电器。具体实施方式为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。实施例1请参阅图3，一种温度检测电路，包括：热敏电阻网络30和电压温度转换电路31，其中，热敏电阻网络30包括：温度传感器电路，温度传感器电路基于温度变换而产生温度电压。电压温度转换电路31包括：标准电压电路、比较电路与数字信号处理器。标准电压电路接受控制信号控制输出不连续变化的阈值电压，阈值电压对应相应的温度，即每一个阈值电压都代表一个具体的温度。比较电路用于比较所述温度电压与所述阈值电压并将比较结果转换为数字信号。数字信号处理器根据数字信号，控制标准电压电路输出与温度电压相匹配的阈值电压。温度传感器电路由热敏电阻并联电阻Rpall再串联电阻Rup构成，其作用为线性化热敏电阻随温度变化的电阻值。温度传感器电路连接在电压温度转换电路31的电压源VDD与地GND之间，其中加载在热敏电阻上的电压为TSNS。TSNS为比较电路312的一个输入信号。标准电压电路包括：分压电阻串310与开关列阵311，分压电阻串310是由互相匹配的单位电阻串联构成，用于产生与热敏电阻网络产生的TSNS电压进行比较的阈值电压。分压电阻串中每一个分压电阻后均连接有一个开关，测量过程中只有部分开关关闭，加载在分压电阻上的电压，取决于接通开关距离电压源VDD的距离，由于标准电压电路每一个分压电阻分得的电压均代表一个明确的温度值，将加载在分压电阻上的电压称为阈值电压，故在标准电压电路中每次接通一路分压电阻电路，通过将该分压电路中接通一路的电压与温度传感器电路检测的温度电压比较，就能够得知温度电压所表示的温度值，举例说明，若标准电压电路中接通的一路电压为3V，所表示的温度为50摄氏度，若温度电压电路的输出电压TSNS也为3V，则能够确定温度电压电路所表示的温度为50摄氏度。比较器电路312由第一比较器与第二比较器，第一比较器的负输入端与开关列阵中由下往上排序为奇数的开关连接，第一比较器的正输入端与热敏电阻连接，第二比较器的负输入端与开关列阵中由下往上排序为偶数数的开关连接，第二比较器的正输入端与热敏电阻连接，比较器的负输入端与标准电压电路连接。第一比较器用于检测TSNS与温度电压阈值THR_TH<i>的关系，其中0≤i≤N-1，输出信号为COMP_THR；第二比较器用于检测TSNS与迟滞温度电压阈值THR_TH_HYS<i>的关系，其中0≤i≤N-1，输出信号为COMP_THR_HYS。由于比较器电路312中有两个比较器，两个比较器的两个负输入端分别连接在开关列阵中由下往上排序为奇数和偶数的开关，所以当数字信号处理器察觉温度电压发生变化时，能够控制现阶段连通开关的上方和下方的开关同时连通，即同时检测温度变化是上升还是下降，能够快速更新温度变化。数字信号处理器，数字信号处理器313根据当前开关的选择信号THR_TH_SEL<N-1:0>，THR_TH_HYS_SEL<N-1:0>和比较器的输出信号COMP_THR，COMP_THR_HYS来确定当前热敏电阻的温度和下一个开关选择信号THR_TH_SEL<N-1:0>和THR_TH_HYS_SEL<N-1:0>的值。热敏电阻网络和电压温度转换电路都连接在电源VDD和地GND之间，因此TSNS电压值可以用VDD电压的百分比来表示。分压电阻的匹配精度较高，因此电压温度转换电路的精度也很高。对于不同的热敏电阻，需要检测的温度T所对应的TSNS电压值对VDD电压的百分比PT为，其中，RNTC(T)表示温度为T时热敏电阻的阻值，Rpall表示与热敏电阻并联的电阻阻值，Rup表示与热敏电阻串联的电阻阻值。可以根据需要检测的温度T和热敏电阻阻值温度曲线，计算得到PT的值，然后通过开关选择信号THR_TH_SEL<N-1:0>和THR_TH_HYS_SEL<N-1:0>，从分压电阻串得到TSNS电压需要进行比较的阈值。举例说明，对于采用NTC热敏电阻进行温度检测的电路，图4显示了TSNS电压和第一比较器的阈值THR_TH，第二比较器的阈值THR_TH_HYS随温度变化的曲线。当温度由低到高变化时，NTC热敏电阻的阻值会由高到低变化，TSNS的电压也会由高到低变化。当温度小于T<0>时，THR_TH_SEL<0>为1，其它位为0，第一比较器的阈值THR_TH为THR_TH<0>；THR_TH_HYS_SEL<0>为1，其它位为0，第二比较器的阈值THR_TH_HYS为THR_TH_HYS<0>。温度上升并且高过T<0>时，第一比较器的输出信号COMP_THR由高到低翻转，此时数字信号处理器切换第一比较器的阈值THR_TH到THR_TH<1>，即THR_TH_SEL<1>为1，其它位为0，第一比较器的输出信号COMP_THR因为THR_TH的切换由低到高翻转，第二比较器的阈值THR_TH_HYS保持在THR_TH_HYS<0>。当温度继续上升，并且高过T<1>时，第一比较器的输出信号COMP_THR由高到低翻转，此时数字信号处理器切换第一比较器的阈值THR_TH到THR_TH<2>，即THR_TH_SEL<2>为1，其它位为0，第一比较器的输出信号COMP_THR因为THR_TH的切换由低到高翻转；切换第二比较器的阈值THR_TH_HYS到THR_TH_HYS<1>，即THR_TH_HYS_SEL<1>为1，其它位为0。如果温度高过T<0>后开始下降，并且降低到T_HYS<0>以下，第二比较器的输出COMP_THR_HYS由低到高翻转，此时数字信号处理器切换第一比较器的阈值THR_TH到THR_TH<0>，即THR_TH_SEL<0>为1，其它位为0，第二比较器的阈值THR_TH_HYS保持THR_TH_HYS<0>。当温度高于T<i>，其中0＜i＜N-1，第一比较器的输出信号COMP_THR由高到低翻转，此时数字信号处理器切换第一比较器的阈值THR_TH到THR_TH<i+1>，即THR_TH_SEL<i+1>为1，其它位为0，第一比较器的输出信号COMP_THR因为THR_TH的切换由低到高翻转；切换第二比较器的阈值THR_TH_HYS到THR_TH_HYS<i>，即THR_TH_HYS_SEL<i>为1，其它位为0。当温度继续上升，并且高过T<i+1>时，第一比较器的输出信号COMP_THR由高到低翻转，数字信号处理器切换第一比较器的阈值THR_TH到THR_TH<i+2>，即THR_TH_SEL<i+2>为1，其它位为0，第一比较器的输出信号COMP_THR因为THR_TH的切换由低到高翻转；切换第二比较器的阈值THR_TH_HYS到THR_TH_HYS<i+1>，即THR_TH_HYS_SEL<i+1>为1，其它位为0。如果温度高过T<i>后开始下降，并且降低到T_HYS<i>以下，第二比较器的输出信号COMP_THR_HYS由低到高翻转，数字信号处理器切换第一比较器的阈值THR_TH到THR_TH<i>，即THR_TH_SEL<i>为1，其它位为0；切换第二比较器的阈值THR_TH_HYS到THR_TH_HYS<i-1>，即THR_TH_HYS_SEL<i-1>为1，其它位为0，第二比较器的输出信号COMP_THR_HYS因为THR_TH_HYS的切换由高到低翻转。数字信号处理器根据当前的比较器阈值选择信号THR_TH_SEL<N-1:0>和THR_TH_HYS_SEL<N-1:0>可以得到NTC热敏电阻所处的温度区间。当THR_TH_SEL<i>＝1且THR_TH_HYS_SEL<i-1>＝1时，NTC热敏电阻检测到的温度T介于T_HYS<i-1>与T<i>之间，其中0＜i＜N-1。当THR_TH_SEL<0>＝1且THR_TH_HYS_SEL<0>＝1时，NTC热敏电阻检测到的温度T低于T<0>。当THR_TH_SEL<N-1>＝1且THR_TH_HYS_SEL<N-1>＝1时，NTC热敏电阻检测到的温度T高于T<N-1>。举另一例说明，对于采用PTC热敏电阻进行温度检测的电路，图5显示了TSNS电压和第一比较器的阈值THR_TH，第二比较器的阈值THR_TH_HYS随温度变化的曲线。当温度由低到高变化时，PTC热敏电阻的阻值会由低到高变化，TSNS的电压也会由低到高变化。当温度小于T_HYS<N-1>时，THR_TH_SEL<N-1>为1，其它位为0，第一比较器的阈值THR_TH为THR_TH<N-1>；THR_TH_HYS_SEL<N-1>为1，其它位为0，第二比较器的阈值THR_TH_HYS为THR_TH_HYS<N-1>。温度上升并且高过T_HYS<N-1>时，第二比较器的输出信号COMP_THR_HYS由低到高翻转，此时数字信号处理器切换第二比较器的阈值THR_TH_HYS到THR_TH_HYS<N-2>，即THR_TH_HYS_SEL<N-2>为1，其它位为0，第二比较器的输出信号COMP_THR_HYS因为THR_TH_HYS的切换由高到低翻转，第一比较器的阈值THR_TH保持在THR_TH<N-1>。当温度继续上升，并且高过T_HYS<N-2>时，第二比较器的输出信号COMP_THR_HYS由低到高翻转，此时数字信号处理器切换第二比较器的阈值THR_TH_HYS到THR_TH_HYS<N-3>，即THR_TH_HYS_SEL<N-3>为1，其它位为0，第二比较器的输出信号COMP_THR_HYS因为THR_TH_HYS的切换由高到低翻转；切换第一比较器的阈值THR_TH到THR_TH<N-2>，即THR_TH_SEL<N-2>为1，其它位为0。如果温度高过T_HYS<N-1>后开始下降，并且降低到T<N-1>以下，第一比较器的输出COMP_THR由高到低翻转，此时数字信号处理器切换第二比较器的阈值THR_TH_HYS到THR_TH_HYS<N-1>，即THR_TH_HYS_SEL<N-1>为1，其它位为0，第一比较器的阈值THR_TH保持THR_TH<N-1>。当温度高于T_HYS<i>，其中0＜i＜N-1，第二比较器的输出信号COMP_THR_HYS由低到高翻转，此时数字信号处理器切换第二比较器的阈值THR_TH_HYS到THR_TH_HYS<i-1>，即THR_TH_HYS_SEL<i-1>为1，其它位为0，第二比较器的输出信号COMP_THR_HYS因为THR_TH_HYS的切换由高到低翻转；切换第一比较器的阈值THR_TH到THR_TH<i>，即THR_TH_SEL<i>为1，其它位为0。当温度继续上升，并且高过T_HYS<i-1>时，第二比较器的输出信号COMP_THR_HYS由低到高翻转，数字信号处理器切换第二比较器的阈值THR_TH_HYS到THR_TH_HYS<i-2>，即THR_TH_HYS_SEL<i-2>为1，其它位为0，第二比较器的输出信号COMP_THR_HYS因为THR_TH_HYS的切换由高到低翻转；切换第一比较器的阈值THR_TH到THR_TH<i-1>，即THR_TH_SEL<i-1>为1，其它位为0。如果温度高过T_HYS<i>后开始下降，并且降低到T<i>以下，第一比较器的输出信号COMP_THR由高到低翻转，数字信号处理器切换第二比较器的阈值THR_TH_HYS到THR_TH_HYS<i>，即THR_TH_HYS_SEL<i>为1，其它位为0；切换第一比较器的阈值THR_TH到THR_TH<i+1>，即THR_TH_SEL<i+1>为1，其它位为0，第一比较器的输出信号COMP_THR因为THR_TH的切换由低到高翻转。数字信号处理器根据当前的比较器阈值选择信号THR_TH_SEL<N-1:0>和THR_TH_HYS_SEL<N-1:0>可以得到PTC热敏电阻所处的温度区间。当THR_TH_SEL<i+1>＝1且THR_TH_HYS_SEL<i>＝1时，PTC热敏电阻检测到的温度T介于T_HYS<i>与T<i+1>之间，其中0＜i＜N-1。当THR_TH_SEL<0>＝1且THR_TH_HYS_SEL<0>＝1时，PTC热敏电阻检测到的温度T高于T<0>。当THR_TH_SEL<N-1>＝1且THR_TH_HYS_SEL<N-1>＝1时，PTC热敏电阻检测到的温度T低于T<N-1>。实施例2请参阅图6，一种温度检测电路，包括：热敏电阻网络60和电压温度转换电路61，其中，热敏电阻网络60包括：温度传感器电路，温度传感器电路基于温度变换而产生温度电压。电压温度转换电路61包括：标准电压电路、比较电路与数字信号处理器。标准电压电路接受控制信号控制输出不连续变化的阈值电压，阈值电压对应相应的温度，即每一个阈值电压都代表一个具体的温度。比较电路用于比较所述温度电压与所述阈值电压并将比较结果转换为数字信号。数字信号处理器根据数字信号，控制标准电压电路输出与温度电压相匹配的阈值电压。温度传感器电路由热敏电阻并联电阻Rpall再串联电阻Rup构成，其作用为线性化热敏电阻随温度变化的电阻值。温度传感器电路连接在电压温度转换电路61的电压源VDD与地GND之间，其中加载在热敏电阻上的电压为TSNS。TSNS为比较电路612的一个输入信号。标准电压电路包括：分压电阻串610与开关列阵611，分压电阻串610是由互相匹配的单位电阻串联构成，用于产生与热敏电阻网络产生的TSNS电压进行比较的阈值电压。分压电阻串中每一个分压电阻后均连接有一个开关，测量过程中只有部分开关关闭，加载在分压电阻上的电压，取决于接通开关距离电压源VDD的距离，由于标准电压电路每一个分压电阻分得的电压均代表一个明确的温度值，将加载在分压电阻上的电压称为阈值电压，故在标准电压电路中每次接通一路分压电阻电路，通过将该分压电路中接通一路的电压与温度传感器电路检测的温度电压比较，就能够得知温度电压所表示的温度值，举例说明，若标准电压电路中接通的一路电压为3V，所表示的温度为50摄氏度，若温度电压电路的输出电压TSNS也为3V，则能够确定温度电压电路所表示的温度为50摄氏度。比较器电路612由一个比较器构成，比较器的负输入端与标准电压电路连接，比较器的正输入端与温度传感器电路连接，如图6所示，比较器用于检测TSNS与温度电压阈值THR_TH<i>的关系，其中0＜i＜N-1，输出信号为COMP_THR。由于比较器电路612中有一个比较器，所以当数字信号处理器按固定周期对控制开关进行初始化，即由上到下或由下到上依次接通开关，直至匹配到与温度电压匹配的阈值电压。数字信号处理器613，数字信号处理器613根据开关的选择信号THR_TH_SEL<N-1:0>，THR_TH_HYS_SEL<N-1:0>和比较器的输出信号COMP_THR来确定当前热敏电阻的温度。热敏电阻网络和电压温度转换电路都连接在电源VDD和地GND之间，因此TSNS电压值可以用VDD电压的百分比来表示。分压电阻的匹配精度较高，因此电压温度转换电路的精度也很高。对于不同的热敏电阻，需要检测的温度T所对应的TSNS电压值对VDD电压的百分比PT为：其中，RNTC(T)表示温度为T时热敏电阻的阻值，Rpall表示与热敏电阻并联的电阻阻值，Rup表示与热敏电阻串联的电阻阻值。可以根据需要检测的温度T和热敏电阻阻值温度曲线，计算得到PT的值，然后通过开关选择信号THR_TH_SEL<N-1:0>和THR_TH_HYS_SEL<N-1:0>，从分压电阻串得到TSNS电压需要进行比较的阈值。本发明提出的热敏电阻温度检测电路结构简单，无需模数转换器和复杂的数字拟合信号处理，取而代之的是分压电阻串，开关阵列，两个电压比较器和简单的数字信号处理器。除了实现电路简单以外，本发明同时能实现较高的温度检测精度。需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。