電阻型溫度傳感芯片的校準電路和校準方法
【專利說明】電阻型溫度傳感芯片的校準電路和校準方法 【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電阻型溫度傳感芯片，特別是涉及一種電阻型溫度傳感芯片的校準電 路和校準方法。 【【背景技術】】
[0002] 溫度是最普遍的環(huán)境變量，溫度傳感器在很多場合都是非常重要的。溫度傳感芯 片具備能用標準CMOS工藝制造、易于集成、功耗低、體積小等特性，被廣泛地應用于各種領 域，如消費電子、可穿戴式設備、無線射頻識別標簽等。
[0003] 溫度傳感芯片包括三極管型溫度傳感芯片和電阻型溫度傳感芯片等。三極管型溫 度傳感芯片是利用三極管結電壓的溫度特性來進行設計。由于需要高電源電壓以使三極管 正常工作，此類三極管型溫度傳感芯片已不適合不斷發(fā)展的深亞微米CMOS工藝。因為CMOS 工藝中的片上電阻在寬溫度范圍內具備很好的溫度線性度，所以電阻型溫度傳感芯片正成 為溫度傳感芯片的主流。
[0004] 電阻型溫度傳感芯片中，每一個溫度下的輸出通常正比于該溫度下感測電阻的阻 值，由于電阻阻值的相關溫度參數(shù)會隨工藝偏差而變化，導致芯片輸出會偏離預期值，因此 在實際使用中需要涉及電阻型溫度傳感芯片的校準?，F(xiàn)有的電阻型溫度傳感芯片的校準， 大多采用片外兩點或者三點來校準。如圖1所示，校準系統(tǒng)包括溫度測量儀器，溫度校準系 統(tǒng)，溫度測量儀器通過其探頭采集待校準芯片的工作環(huán)境溫度數(shù)據，溫度校準系統(tǒng)用于采 集待校準芯片的對應于工作環(huán)境溫度下的輸出數(shù)據。在采集到至少兩個溫度點下對應的芯 片輸出數(shù)據后，可以擬合得到一條直線，該直線反應了待校準芯片的輸出與溫度的一一對 應關系。后續(xù)使用該芯片時，測量其輸出數(shù)據，比照對應關系直線，從而測得實際溫度。在 通常的應用情況下，溫度傳感芯片的輸出會傳給后續(xù)芯片進行處理，當溫度芯片的輸出極 大地偏離預期值時，要求后續(xù)處理芯片具備大的可接受輸入范圍，即增加了后續(xù)處理芯片 的設計難度。 【
【發(fā)明內容】
】
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是：彌補上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種電阻型溫度 傳感芯片的校準電路和校準方法，實現(xiàn)了對芯片的內部電路的實際校準，既將芯片輸出校 準在一定范圍內，也降低了對后續(xù)處理芯片的設計要求。
[0006] 本發(fā)明的技術問題通過以下的技術方案予以解決：
[0007] 電阻型溫度傳感芯片的校準電路，所述電阻型溫度傳感芯片包括芯片電路，使得 所述電阻型溫度傳感芯片在每一溫度下的輸出與所述電阻型溫度傳感芯片中的感測電阻 的電阻值成線性關系；所述校準電路用于對待校準的電阻型溫度傳感芯片的輸出進行校 準；所述校準電路包括比較單元、控制信號產生單元、調節(jié)單元；所述比較單元用于接收所 述電阻型溫度傳感芯片在溫度T下的輸出以及目標參考值，將兩者進行比較，輸出比較結 果；其中，所述T在23~27°C，所述目標參考值為所述電阻型溫度傳感芯片在25°C下的預 期輸出值；所述控制信號產生單元用于根據所述比較單元輸出的比較結果產生控制信號； 所述調節(jié)單元用于根據所述控制信號調節(jié)所述感測電阻的電阻值的大小，或者調節(jié)所述感 測電阻上流過的電流鏡像比值，進而調節(jié)所述電阻型溫度傳感芯片的輸出。
[0008] 電阻型溫度傳感芯片的校準方法，所述電阻型溫度傳感芯片包括芯片電路，使得 所述電阻型溫度傳感芯片在每一溫度下的輸出與所述電阻型溫度傳感芯片中的感測電阻 的電阻值成線性關系；對待校準的電阻型溫度傳感芯片的輸出進行校準；包括以下步驟： 1)將所述電阻型溫度傳感芯片在溫度T下的輸出與目標參考值進行比較，得到比較結果； 其中，所述T在23~27°C;所述目標參考值為所述電阻型溫度傳感芯片在25°C下的預期輸 出值；2)根據所述比較結果產生控制信號；3)根據所述控制信號調節(jié)所述感測電阻的電阻 值的大小，或者調節(jié)所述感測電阻上流過的電流鏡像比值，進而調節(jié)所述電阻型溫度傳感 芯片的輸出。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術對比的有益效果是：
[0010] 本發(fā)明的電阻型溫度傳感芯片的校準電路及校準方法，通比較單元、控制信號產 生單元以及調節(jié)單元的設置，通過反饋調節(jié)，使溫度傳感芯片在25攝氏度下的輸出最終調 節(jié)到目標參考值。整個調節(jié)過程實現(xiàn)了真正意義的校準調節(jié)，改變了溫度傳感芯片中感測 電阻的電阻值的大小或者是其上流過的電流鏡像比值，最終調節(jié)芯片的輸出為目標值，而 不再是以往只是獲取芯片輸出值與實際溫度值的對應關系表，沒有對存在偏差的內部芯片 電路進行實際校準，本發(fā)明則實現(xiàn)了對內部芯片電路的實際校準，將芯片輸出校準在一定 范圍內，從而既是對電阻型溫度傳感芯片的一種校準，同時也降低了對與溫度傳感芯片配 合使用的后續(xù)處理芯片的設計要求。 【【附圖說明】】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術中溫度傳感芯片的校準系統(tǒng)的結構示意圖；
[0012] 圖2是本發(fā)明【具體實施方式】的校準電路的結構示意圖；
[0013] 圖3是本發(fā)明【具體實施方式】的校準電路所校準的溫度傳感芯片的芯片電路的一 種優(yōu)選結構示意圖；
[0014] 圖4是本發(fā)明【具體實施方式】的校準電路中的比較單元的結構示意圖；
[0015] 圖5是本發(fā)明【具體實施方式】的校準電路中的控制信號產生單元的結構示意圖；
[0016] 圖6a是本發(fā)明【具體實施方式】的溫度傳感芯片中的感測電阻不經過校準調整時與 外部電路的連接示意圖；
[0017] 圖6b是本發(fā)明【具體實施方式】的溫度傳感芯片中的感測電阻增加校準調整后與外 部電路的連接示意圖。 【【具體實施方式】】
[0018] 下面結合【具體實施方式】并對照附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0019] 電阻型溫度傳感芯片中的感測電阻的溫度特性可以近似表達為：
[0020] R(T) = R0 (I+TC (T-T0)) (1)
[0021] 其中，R(T)表示不同溫度下感測電阻的電阻值，R0為25°C時感測電阻的電阻值， Ttl為25°C，TC為電阻溫度系數(shù)，T表示環(huán)境溫度。對每個制作完成的電阻而言，電阻阻值R。 和溫度系數(shù)TC是常數(shù)，可以說電阻具備很好的線性度。
[0022] 當感測電阻應用于溫度傳感芯片中時，通常會設計一些芯片電路，使得芯片電路 的輸出與感測電阻的電阻值R(T)呈現(xiàn)一定映射關系，例如設計的某些芯片電路，使得電阻 型溫度傳感芯片在每一溫度下的輸出與所述電阻型溫度傳感芯片中的感測電阻的電阻值 R(T)成線性關系，即D(T) =AR(T)+B，其中，D(T)表示芯片在溫度T下的輸出，A、B分別為 常數(shù)，由設計的芯片電路的參數(shù)決定。這樣，通過輸出與感測電阻電阻值的關系，以及感測 電阻電阻值與溫度的溫度特性關系式，即可通過溫度傳感芯片的輸出得到芯片所在的環(huán)境 溫度值。
[0023] 當芯片在制作過程中工藝發(fā)生偏差時，芯片中的電路參數(shù)會偏離預期值，如感測 電阻的電阻阻值、電流鏡像比值、電阻溫度系數(shù)或者芯片電路的電路參數(shù)等。例如，在不同 的工藝下，電阻阻值R tl的變化幅度會達到20%左右，這將直接導致公式（1)中RC1極大地偏 離預期數(shù)值，進而導致芯片的輸出極大地偏離預期值，無法準確反映環(huán)境溫度值。通常的解 決辦法是在片外兩個或三個已知溫度下進行校準，以得到溫度傳感芯片實際的輸出特性。 盡管現(xiàn)有校準方式能實現(xiàn)高準確度，但是其校準過程費時費力，更主要的是，現(xiàn)有校準方式 只是得到實際輸出與溫度之間的對應關系，并不對輸出進行校準，其輸出仍然極大地偏離 預期值，也就增加了后續(xù)處理芯片的設計難度。本發(fā)明則是設置電路，通過電路對感測電阻 的阻值進行自動補償或者對感測電阻上流過的電流鏡像比值等參數(shù)進行自動調節(jié)，使得芯 片在25°C下最終的輸出（A RQ+B)為預期值，以解決由于工藝偏差而帶來的芯片輸出極大地 偏離預期值的問題。
[0024] 本發(fā)明的原理如下：在25°C下，測試溫度傳感芯片的輸出。當由于工藝偏差而導 致實際的輸出不同于預期數(shù)值DJA RfB = Dtl)時，比較單元將檢測到這一變化，觸發(fā)控制 電路產生一組數(shù)字控制信號，以調整溫度傳感芯片中的感測電阻值或者電流鏡像比值等參 數(shù)，從而調節(jié)實際的輸出。重復地比較調整后的芯片的輸出與預期數(shù)值D tl的大小，直到多次 比較后，調整芯片的輸出等于或充分接近于預期數(shù)值Dtl，即可完成對芯片輸出特性中A &+B 項的校準。由于溫度系數(shù)TC在I X，量級，且隨工藝偏差較?。ㄟh小于5 % )，溫度系數(shù)TC 偏差引入的芯片輸出偏差通常很小。通過本發(fā)明方法，可以準確校準A &+B項的工藝偏差， 并把芯片輸出控制在一定范圍內，降低后續(xù)處理芯片的難度。當電阻型溫度傳感芯片應用 于中等準確度需求的應用，而且感測電阻的溫度系數(shù)TC偏差可以忽略時，只需在室溫附近 溫度（23~27°C)下將實際輸出與