基于时序和电路的温度转换精度优化方法和系统与流程

本发明涉及电子电路，具体地，涉及一种基于时序和电路的温度转换精度优化方法和系统。

背景技术：

1、温度传感器芯片广泛应用于生活，包括各类电子产品，手机，服务器，温度枪，空调，医疗设备等等；因为场景诸多不同，不同的应用场景对于温度的精度要求就会不同，针对于高精度应用的场景，需要提供高精度的优化技术来实现高精度的温度传感，因此，对于高精度的需求在不断提高，也需要更多的高精度技术提出并实现。

2、专利文献cn115514366a(申请号：cn202211420962.3)公开了一种温度传感器中单转双驱动电路的时序控制优化方法，属于温度传感器电力设计技术领域，该温度传感器芯片包括：温度转单端电压电路，操作于将温度传感器检测的温度转换为单端电压；单转双驱动电路，与温度转单端电压电路相连接，操作于将单端电压转双端电压；adc电路，与单转双驱动电路相连接，操作于将电压信号转成数字信号；ldo电路，与adc电路相连接，操作于给adc电路进行供电。然而该专利无法解决目前存在的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于时序和电路的温度转换精度优化方法和系统。

2、根据本发明提供的基于时序和电路的温度转换精度优化方法，包括：

3、步骤1：引入一个温度系数符合预设条件的电阻，串联接在pnp的ptat的电流通路，改变pnp管的负温度特性；

4、步骤2：通过正负温度系数的pnp曲线，综合得到温度转换的关键参数和无温度系数的参考电压；

5、步骤3：在引入改变负温度特性的电阻后，提出一种时序结构，在动态电路中结合使用，进而实现动态优化温度系数，得到最终的数字电压。

6、优选的，通过bandgap电路产生ptat电流i0，将ptat电流通过mp0镜像到mp1和mp2上，个数比例为mp0:mp1:mp2＝1：1：n；由此三路的电流比例为1：1：n，流过三极管q0、q1的电流比例为1：n；

7、q0、q1的个数比例为1，分别得到负温度系数的电压vbep和vben，并且vbep经过开关逻辑放大之后，与vben叠加产生一个与温度无关的基准电压vref，如公式(1)；

8、vref＝a*vbep+vben          (1)

9、同时产生ptat电压dvbe，如公式(2)；

10、dvbe＝vbep-vben              (2)

11、vbep和vben分别得到，如公式(3)和公式(4)；

12、

13、

14、adc转换a*dvbe和vref电压的比例，得到一个数字温度dout，如公式(5)；

15、

16、其中，k为玻尔兹曼常数；t为温度；q为一个电子的电荷量；i0(t)为三极管流过的电流，与温度相关；is(t)为三极管饱和电流，与温度相关；k1、k2为温度斜率常数和偏差温度；mp为p型场效应晶体管。

17、优选的，三极管实际的bias-emitter电压如公式(6)所示：

18、

19、其中，βf是pnp管的电流增益系数。

20、优选的，通过增加电阻r0改善vbe电压的温度特性，具体原理分析如下，由于q0和q1中通过的bias电流比例为1：n，结合公式(2)、(3)、(4)、(6)得到dvbe，如公式(7)所示；

21、

22、由于引入电阻r0，进一步得到dvbe的表达式，如公式(8)；

23、

24、通过公式(8)转换得到i0和βf的关系，如公式(9)；

25、

26、由此转化得到偏置电流i0和电流增益系数βf成正比，将其带入公式(6)(7)消除电流增益系数βf的非线性，由此产生vbe反比于温度，并且由此将βf对温度的影响降低到2％以内。

27、优选的，结合开关控制电路mn0、mn1、mn2、mn3来进行电路优化，由于dvbe以及其对温度的导数较小，需要多次周期转换，或者使用一次高倍数的电容比例来实现一次转换，因此t0周期为vbe的转换周期，t1为dvbe的转换周期；温度转换为多个u周期叠加实现，最终通过adc转换得到输出的数字温度dout；

28、t0/2～t0时，第一直流电压p区vctrl1_p从0变1，mn1导通，第二直流电压p区vctrl2_p从0变1，mn3导通，由此，在dvbe转换期间动态采用电阻r0消除βf对电流的影响；当t0～t1时，第一直流电压p区vctrl1_p恒定为1，mn1导通，第二直流电压n区vctrl2_n恒定为1，mn2导通，此时mn0和mn3关断，关闭电阻r0在dvbe期间的作用；其中，mn为n型场效应晶体管。

29、根据本发明提供的基于时序和电路的温度转换精度优化系统，包括：

30、模块m1：引入一个温度系数符合预设条件的电阻，串联接在pnp的ptat的电流通路，改变pnp管的负温度特性；

31、模块m2：通过正负温度系数的pnp曲线，综合得到温度转换的关键参数和无温度系数的参考电压；

32、模块m3：在引入改变负温度特性的电阻后，提出一种时序结构，在动态电路中结合使用，进而实现动态优化温度系数，得到最终的数字电压。

33、优选的，通过bandgap电路产生ptat电流i0，将ptat电流通过mp0镜像到mp1和mp2上，个数比例为mp0:mp1:mp2＝1：1：n；由此三路的电流比例为1：1：n，流过三极管q0、q1的电流比例为1：n；

34、q0、q1的个数比例为1，分别得到负温度系数的电压vbep和vben，并且vbep经过开关逻辑放大之后，与vben叠加产生一个与温度无关的基准电压vref，如公式(1)；

35、vref＝a*vbep+vben          (1)

36、同时产生ptat电压dvbe，如公式(2)；

37、dvbe＝vbep-vben              (2)

38、vbep和vben分别得到，如公式(3)和公式(4)；

39、

40、

41、adc转换a*dvbe和vref电压的比例，得到一个数字温度dout，如公式(5)；

42、

43、其中，k为玻尔兹曼常数；t为温度；q为一个电子的电荷量；i0(t)为三极管流过的电流，与温度相关；is(t)为三极管饱和电流，与温度相关；k1、k2为温度斜率常数和偏差温度；mp为p型场效应晶体管。

44、优选的，三极管实际的bias-emitter电压如公式(6)所示：

45、

46、其中，βf是pnp管的电流增益系数。

47、优选的，通过增加电阻r0改善vbe电压的温度特性，具体原理分析如下，由于q0和q1中通过的bias电流比例为1：n，结合公式(2)、(3)、(4)、(6)得到dvbe，如公式(7)所示；

48、

49、由于引入电阻r0，进一步得到dvbe的表达式，如公式(8)；

50、

51、通过公式(8)转换得到i0和βf的关系，如公式(9)；

52、

53、由此转化得到偏置电流i0和电流增益系数βf成正比，将其带入公式(6)(7)消除电流增益系数βf的非线性，由此产生vbe反比于温度，并且由此将βf对温度的影响降低到2％以内。

54、优选的，结合开关控制电路mn0、mn1、mn2、mn3来进行电路优化，由于dvbe以及其对温度的导数较小，需要多次周期转换，或者使用一次高倍数的电容比例来实现一次转换，因此t0周期为vbe的转换周期，t1为dvbe的转换周期；温度转换为多个u周期叠加实现，最终通过adc转换得到输出的数字温度dout；

55、t0/2～t0时，第一直流电压p区vctrl1_p从0变1，mn1导通，第二直流电压p区vctrl2_p从0变1，mn3导通，由此，在dvbe转换期间动态采用电阻r0消除βf对电流的影响；当t0～t1时，第一直流电压p区vctrl1_p恒定为1，mn1导通，第二直流电压n区vctrl2_n恒定为1，mn2导通，此时mn0和mn3关断，关闭电阻r0在dvbe期间的作用；其中，mn为n型场效应晶体管。

56、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

57、本发明方法实现原理简单，只需要提供一个小电阻，但是由于电阻本身也具有一定的温度特性，因此需要采用随着温度变化较小的电阻，实际的工艺制造一般电阻温漂系数小于三极管；同时提出了一种动态时序能够保证动态的应用，不会产生额外的静态功耗，并且对应的时序方案可以应用在多种温度转换场景，能够大大的提高实际的温度转换性能。