一种温度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及传感器技术领域，更具体地说，是涉及一种温度传感器。
【背景技术】
[0002]目前市面上的温度传感器可以分为两种类型:一是通过A/D转换器，即把与温度相关的电压转换为含有温度信息的数字输出信号；另一种是把温度变化频率信号直接转换为数字输出信号，即采用了一个输出频率与温度不相关的时钟信号对受温度变化影响的宽脉冲进行计数。
[0003]对于以上现有的温度传感器，第一种类型的传感器精度较低，虽然可以通过器件匹配、失调消除以及室温校准等技术可以实现较高的精度，但同时具有较大面积和较高功耗等不足；第二种类型的传感器可以有效减少大面积功耗，但不适用于大规模集成。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种能够实现较大的温度跨度和较高的测量精度的温度传感器，以克服现有技术的不足。
[0005]本实用新型的目的是这样实现的:一种温度传感器，包括PTAT震荡器模块、数字宽脉冲电路模块和计数器模块，所述PTAT震荡器模块包含偏置电流源和电流饥饿环形震荡器，偏置电流源包含两个晶体管，两个晶体管工作在不同电流密度下，每个晶体管的基极一发射极电压满足正比例关系，从而使得PTAT震荡器模块与绝对温度成正比，所述PTAT震荡器模块、数字宽脉冲电路模块与计数器模块电连接。
[0006]所述PTAT震荡器模块包括PTAT偏置电流和电流饥饿环形震荡器；所述电流饥饿环形震荡器由五级反相器首尾相接级联而成。
[0007]所述电流饥饿环形震荡器的偏置电流来源于工作在饱和区的NP管，NP管用作电流源；数字宽脉冲电路模块根据ISO 18000-6 Type协议、由阅读器先出信号，并在标签接收到命令后才开始工作。
[0008]所述计数器模块是带复位端的9bit异步计数器，计数范围设置为O?255。
[0009]本实用新型的有益效果在于:
[0010]本实用新型的温度传感器利用与温度呈正比关系的时钟信号对恒定宽度的脉冲信号进行采样计数。由于采用了先进的GeSi工艺，使得本温度传感器能够在-50?150°C的温度范围内仍能保持较好的性能，相对于一般传感器工艺的-100?120°C的工作温度范围，本传感器能够实现较大的温度跨度和较高的测量精度。
[0011]本实用新型的温度传感器是基于IBM 0.18 μπι SiGe BICMOS工艺，采用温度脉冲转换方式设计的一种应用于无源RFID标签的温度传感器，该设计器用与绝对温度呈正比的电流源和电流饥饿环型振荡器产生频率与温度呈正相关的振荡信号，作为计数器的时钟信号；用数字模块对接收的帧头代码进行处理得到一个宽度为200 μ s的脉冲信号，作为计数器的使能信号；通过利用时域数字量化方式可以得到不同温度下的数字信号。温度传感器总面积是0.03mm，温度在-100?120°C的范围内变化时，振荡器输出频率范围由800kHz?1.8MHz.。在1.8V电源电压下，温度传感器平均输出电流约为13 μ A，芯片测试结果的有效分辨率可以达到0.864LSB/°C。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型温度传感器的原理结构图。
[0013]图2是本实用新型的PTAT形震荡器电路原理图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
[0015]参见图1-2，本实用新型的温度传感器结构组成:包括和绝对温度成正比的PTAT震荡器模块(PTAT电流基准源)、数字宽脉冲发生器和计数器三个模块，其中，计数器分别连接 PTAT 震荡器、数字宽脉冲发生器。PTAT (proport1nal to absolute temperature)震荡器是绝对温度正比震荡器，震荡器中包含偏置电流源和电流饥饿环形震荡器，偏置电流源包含两个晶体管，它们工作在不同电流密度下，对于每个晶体管而言，它的基极一发射极电压满足正比例关系，从而使得PTAT震荡器模块与绝对温度成正比，所述PTAT震荡器模块、数字宽脉冲电路模块与计数器模块电连接。
[0016]PTAT震荡器主要由PTAT偏置电流和电流饥饿环形震荡器组成，电路原理图如图2所示，PTAT偏置电流产生模块采用简单放大器，在保证两个输入端电压相等的同时，降低了输出电流对电源电压的敏感度。电流饥饿型(Current Starved)环形震荡器由五级反相器首尾相接级联而成，它们的偏置电流来源于工作在饱和区的NP管，用作电流源；数字宽脉冲产生电路是根据ISO 18000-6 Type协议，首先由阅读器先出信号，在标签接收到命令后数字电路才开始工作，宽脉冲几乎不受温度影响；计数器由是带复位端的9bit异步计数器，计数范围设置为O?255。
[0017]温度传感器的工作原理是:本设计使用时钟脉冲计数方式，基本结构如图1所示，数字宽脉冲发生器模块检测到帧头信号时开始工作，产生与温度无关的数字宽脉冲，同时电流饥饿型环形振荡器模块产生频率与温度呈正比的时钟信号，数字宽脉冲作为计数器的使能信号，时钟信号作为计数器的时钟输入。在不同温度的条件下，计数器时钟输入的信号频率不同，对数字宽脉冲的计数个数也不同，从而得到与温度相关的数字信号。
[0018]上述具体实施例仅为本实用新型效果较好的【具体实施方式】，并不构成对本实用新型的限制，凡未经过创造性劳动而对本实用新型之构思作简单的变换者，均属于本申请的保护范围内。
【主权项】
1.一种温度传感器，其特征在于:包括PTAT震荡器模块、数字宽脉冲电路模块和计数器模块，所述PTAT震荡器模块包含偏置电流源和电流饥饿环形震荡器，偏置电流源包含两个晶体管，两个晶体管工作在不同电流密度下，每个晶体管的基极一发射极电压满足正比例关系，从而使得PTAT震荡器模块与绝对温度成正比，所述PTAT震荡器模块、数字宽脉冲电路模块与计数器模块电连接。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于:所述PTAT震荡器模块包括PTAT偏置电流和电流饥饿环形震荡器；所述电流饥饿环形震荡器由五级反相器首尾相接级联而成。
3.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于:所述电流饥饿环形震荡器的偏置电流来源于工作在饱和区的NP管，NP管用作电流源；数字宽脉冲电路模块根据ISO18000-6 Type协议、由阅读器先出信号，并在标签接收到命令后才开始工作。
4.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于:所述计数器模块是带复位端的9bit异步计数器，计数范围设置为O?255。
【专利摘要】本实用新型公开一种温度传感器，包括PTAT震荡器模块、数字宽脉冲电路模块和计数器模块，所述PTAT震荡器模块包含偏置电流源和电流饥饿环形震荡器，偏置电流源包含两个晶体管，两个晶体管工作在不同电流密度下，每个晶体管的基极—发射极电压满足正比例关系，从而使得PTAT震荡器模块与绝对温度成正比，所述PTAT震荡器模块、数字宽脉冲电路模块与计数器模块电连接。本实用新型采用了先进的GeSi工艺，能够实现较大的温度跨度和较高的测量精度。
【IPC分类】G01K7-00
【公开号】CN204405208
【申请号】CN201520144432
【发明人】张志强, 宋海生
【申请人】顺德职业技术学院
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月14日