高精度數(shù)字溫度傳感器校準(zhǔn)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模擬集成電路領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫度傳感器在集成電路中具有重要作用，常用于個(gè)人計(jì)算機(jī)、環(huán)境溫度控制和工 業(yè)生產(chǎn)控制等。溫度傳感器件有多種選擇，對(duì)高精度應(yīng)用環(huán)境通常選擇不同襯底三極管的 差值A(chǔ)VBE來實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)。
[0003] 溫度檢測(cè)原理如下：
[0004] 根據(jù)三極管I-V特性公式：
[0008]其中VT = K · T/q，三極管Q1、Q2采用相同面積的同類型三極管，所以三極管反向飽 和漏電流I si = IS2，三極管Q1、Q2的集電極電流比例為N，最終可得：
[0010]對(duì)公式(3)進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算：
[0012]公式(4)代表了傳感器輸出對(duì)溫度的變化斜率，影響最終溫度傳感器輸出的增益 誤差。
[0013]溫度傳感器差分輸出電壓經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，假設(shè)傳感器輸 出增益誤差為Egain，ADC參考電壓為VREF。于是，ADC輸出可表示為：
[0015]其中Vsensor+ideal為理想溫度傳感器輸出，bits是AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。由式(5)可以看 出，要想得到理想的輸出AD輸出碼需要對(duì)分母進(jìn)行補(bǔ)償，即根據(jù)傳感器輸出增益誤差大小 相應(yīng)改變參考基準(zhǔn)的大小，從而達(dá)到通過改變ADC參考電壓實(shí)現(xiàn)修調(diào)溫度傳感器增益誤差 的目的。
[0016]在公式（3)中，溫度T表示的是開氏溫度，將開氏溫度轉(zhuǎn)換成攝氏溫度，公式（3)需 要減去一個(gè)與溫度無關(guān)的失調(diào)量。于是，溫度傳感器輸出電壓可表示為：
[0018] 公式(6)對(duì)溫度求導(dǎo)數(shù)，可得與公式(3)相同的結(jié)論，失調(diào)電壓的存在不會(huì)影響傳 感器輸出增益，僅能夠改變傳感器輸出的失調(diào)。通過改變Voffset可實(shí)現(xiàn)修調(diào)傳感器溫度失 調(diào)。
[0019] Vref = VBE+K* Δ VBE (7)
[0020] 基準(zhǔn)電壓可以由公式(7)表示，其中，VBE具有負(fù)溫度系數(shù)，Δ VBE具有正溫度系數(shù)， VBE溫度系數(shù)如下：
[0022] 根據(jù)公式(8)可知，VBE電壓絕對(duì)值與VBE溫度系數(shù)相關(guān)，可同通過改變VBE電壓來 影響VBE溫度系數(shù)，VBE電壓可以通過偏置電流來改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出一種高精度數(shù)字溫度傳感器校準(zhǔn)電路，能夠 有效的修調(diào)溫度傳感器的增益誤差和失調(diào)誤差。
[0024] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，高精度數(shù)字溫度傳感器的校準(zhǔn)電 路，其特征在于，包括控制單元、基準(zhǔn)溫度系數(shù)修調(diào)單元、基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧头答伔糯髥卧?br>[0025] 與控制單元連接的基準(zhǔn)溫度系數(shù)修調(diào)單元包括鏡像比例可調(diào)的鏡像電流，用于產(chǎn) 生第一偏置電流Ifuse;
[0026] 基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧c修調(diào)單元連接，用于產(chǎn)生零溫度系數(shù)輸出電壓；
[0027] 反饋放大單元與基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧B接，反饋放大單元包括失調(diào)電壓修調(diào)模塊和參考 電壓修調(diào)模塊，用于產(chǎn)生失調(diào)電壓和ADC轉(zhuǎn)換所需的參考電壓；
[0028] 控制單元分別與失調(diào)電壓修調(diào)模塊和參考電壓修調(diào)模塊連接。
[0029] 所述基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧ǎ?br>[0030]第一選擇開關(guān)31，其輸入端接第一偏置電流輸入端，其第一輸出端通過第三晶體 管Q3接地，其第二輸出端接第一參考點(diǎn)A，第一參考點(diǎn)A通過第四晶體管Q4接地；
[0031]與第一選擇開關(guān)31聯(lián)動(dòng)的第二選擇開關(guān)32,其第一輸出端接第一參考點(diǎn)A，其第 二輸出端接第二運(yùn)放36的正性輸入端;其輸入端連接第二偏置電流源，所述第二偏置電流 源大小由公式9決定：
[0033]其中K為玻爾茲曼常數(shù)、q為基本電荷量、N為第二偏置電流源與第一偏置電流源的 比例系數(shù)、VBE溫度系數(shù)與工藝相關(guān)。T為溫度，C4、C5為電容值。
[0034]第三晶體管Q3和第四晶體管Q4的基極都接地；
[0035]第二運(yùn)放36,其正性輸入端還與第一選擇開關(guān)的第一輸出端連接，正性輸入端還 通過第五開關(guān)35與第二參考點(diǎn)B連接，其負(fù)性輸入端通過第四電容C4連接第一參考點(diǎn)A，其 負(fù)性輸入端還通過第五電容C5連接第二參考點(diǎn)B，其負(fù)性輸入端還通過第三開關(guān)33連接基 準(zhǔn)電壓輸出端，第二參考點(diǎn)B還通過第四開關(guān)34連接基準(zhǔn)電壓輸出端。
[0036]所述反饋放大單元包括：
[0037]第一運(yùn)放41，其正性輸入端接基準(zhǔn)電壓輸出端，其負(fù)性輸入端接分壓模塊的第一 活動(dòng)輸出端；
[0038]第三運(yùn)放42,其正性輸入端接第二運(yùn)放41的輸出端，其負(fù)性輸入端接參考電壓輸 出端，其輸出端接參考電壓輸出端；
[0039] 與控制單元連接的分壓模塊，其第一活動(dòng)輸出端與第二運(yùn)放的負(fù)性輸入端連接， 其第二活動(dòng)輸出端與失調(diào)電壓輸出端連接，其輸入端與第二運(yùn)放的輸出端連接，其輸出端 接地。
[0040] 本發(fā)明可以對(duì)溫度傳感器數(shù)字輸出的增益誤差、失調(diào)誤差進(jìn)行修調(diào)，通過對(duì)基準(zhǔn) 溫度系數(shù)的修調(diào)可以使全溫范圍內(nèi)的增益誤差和失調(diào)誤差限制在很小的范圍內(nèi)。采用 EELATCH修調(diào)手段可以更好的實(shí)現(xiàn)高精度修調(diào)的同時(shí)節(jié)省更多的芯片面積和修調(diào)引腳數(shù) 量，與譯碼電路配合使用靈活性更大。
【附圖說明】
[0041 ]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的溫度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 圖2為本發(fā)明的基準(zhǔn)負(fù)溫度系數(shù)修調(diào)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043] 圖3為本發(fā)明的帶隙基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖4為本發(fā)明的失調(diào)誤差、增益誤差修調(diào)原理圖。
[0045] 圖5為本發(fā)明的負(fù)溫度系數(shù)修調(diào)電路圖。
[0046] 圖6為本發(fā)明的溫度-數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 本發(fā)明包括控制單元、基準(zhǔn)溫度系數(shù)修調(diào)單元、基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧头答伔糯髥卧c 控制單元連接的基準(zhǔn)溫度系數(shù)修調(diào)單元包括鏡像比例可調(diào)的鏡像電流，用于產(chǎn)生第一偏置 電流Ifuse;基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧c修調(diào)單元連接，用于產(chǎn)生零溫度系數(shù)輸出電壓;反饋放大單元 與基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧B接，反饋放大單元包括失調(diào)電壓修調(diào)模塊和參考電壓修調(diào)模塊，用于產(chǎn) 生失調(diào)電壓和ADC轉(zhuǎn)換所需的參考電壓;控制單元分別與失調(diào)電壓修調(diào)模塊和參考電壓修 調(diào)豐吳塊連接。
[0048] 本發(fā)明通過控制單元(EELATCH及譯碼電路)對(duì)電阻反饋系數(shù)進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)ADCS 考電壓的修調(diào)。失調(diào)電壓的輸出節(jié)點(diǎn)可以通過EELATCH和譯碼電路進(jìn)行修改，從而實(shí)現(xiàn)失調(diào) 電壓的修調(diào)。失調(diào)電壓的改變不影響反饋放大電路的輸出，即修改失調(diào)誤差不影響增益誤 差。
[0049] 基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧a(chǎn)生與溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓輸出接反饋電路的正性輸入 端，同分壓電阻共同產(chǎn)生ADC轉(zhuǎn)換所需的參考電壓。基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧€包括基準(zhǔn)溫度系數(shù)修調(diào) 電路。通過EELATCH和譯碼電路調(diào)芐基準(zhǔn)模塊三極管的偏置電流，對(duì)負(fù)溫度系數(shù)進(jìn)行修調(diào)， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)輸出溫度系數(shù)的修調(diào)。
[0050] 反饋電路同分壓電阻產(chǎn)生的參考電壓輸出接第三運(yùn)放(緩沖buffer)的同向輸入 端。
[0051 ] 參見圖1~4,溫度傳感器的輸入電流為II，通過NM0S管M1、M2、M3、M4到M5、M6、M7、 M8的鏡像關(guān)系產(chǎn)生輸出電流I f us e，電離I f us e為bandgap電路三極管的偏置電流。
[0052] 圖3中共有5個(gè)開關(guān)1(1、1(2、1(3、1(4、1(5。開關(guān)時(shí)序如下:第一步沽1和1^3閉合汰2斷開， k5連接到節(jié)點(diǎn)3，k4連接到節(jié)點(diǎn)1;第