專利名稱：溫度傳感器電路及溫度信號(hào)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度傳感器電路。本發(fā)明還涉及一種溫度傳感器電路對(duì)溫度信號(hào)
進(jìn)行處理的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的溫度傳感器電路如圖1所示，包括溫度感測(cè)部分和溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分，所 述溫度感測(cè)部分包括兩路并聯(lián)在電源端VDD與地VSS之間的電流源電路，所述每路電流源 電路包括一個(gè)電流源和一個(gè)雙極型晶體管，如圖1所示的Q4或Q5，所述電流源的一端連接 電源端，另一端連接所述雙極型晶體管的發(fā)射極，所述電流源產(chǎn)生電流的方向?yàn)橛呻娫炊?向雙極型晶體管的發(fā)射極，所述雙極型晶體管的集電極與基極相連接并接地；所述溫度信 號(hào)轉(zhuǎn)換部分包括一個(gè)復(fù)用器和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述復(fù)用器有兩個(gè)信號(hào)輸入端，分別連接 每個(gè)電流源電路中的雙極型晶體管的發(fā)射極，所述復(fù)用器的電壓輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 器的模擬信號(hào)輸入端V『 所述雙極型晶體管發(fā)射極產(chǎn)生與絕對(duì)溫度成反比的電壓VBE4和VBE5，由電壓復(fù) 用器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分，把和溫度有關(guān)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成表示環(huán)境溫 度的數(shù)字信號(hào)。 根據(jù)雙極型晶體管的特性可知
隱4,
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ln:
乂 A
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+ ， 其中，k是波爾茲曼常數(shù)，為1.38X 10—23J/K，T是絕對(duì)溫度，q是單位電子電荷，為 1. 6X 10—19C， I是雙極型晶體管Q4的集電極電流，Is是雙極型晶體管的飽和電流，RS是雙 極型晶體管Q4和Q5的等效串聯(lián)電阻，p是Q5集電極電流大小對(duì)Q4集電極電流大小的倍率。 溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分首先把VBE4和VBE5轉(zhuǎn)換成和絕對(duì)溫度成比例的電壓VPTAT，以 及和溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓VREF。J7 r = 「朋5 - KB五4 = — ln(p) + (p — 1). / ，；
《 VREF = VBE4+ a VPTAT ; 其中a為一個(gè)比例系數(shù)，數(shù)值由器件特性決定，使VBE1的溫度系數(shù)和a VPTAT 的溫度系數(shù)互相抵消，從而產(chǎn)生和溫度無關(guān)的電壓VREF ;
ADC輸出數(shù)字溫度信號(hào)為 ^證=層尸° 由于雙極型晶體管存在等效串聯(lián)電阻RS，所以VPTAT不是完全和絕對(duì)溫度成正
4比，而是有一個(gè)固定的失調(diào)，因此產(chǎn)生了溫度測(cè)量誤差'

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種溫度傳感器電路，以及一種溫度傳感器電 路對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行處理的方法，能夠采用較為簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)，提高溫度傳感器電路的測(cè) 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明溫度傳感器電路的技術(shù)方案是，包括溫度感測(cè)部分 和溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分，所述溫度感測(cè)部分包括三路并聯(lián)在電源端與地之間的電流源電路， 所述每路電流源電路包括一個(gè)電流源和一個(gè)PNP管，所述電流源的一端連接電源端，另一 端連接所述PNP管的發(fā)射極，所述電流源產(chǎn)生電流的方向?yàn)橛呻娫炊讼騊NP管的發(fā)射極，所 述PNP管的集電極與基極相連接并接地；所述溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分包括一個(gè)復(fù)用器和一個(gè)模 數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述復(fù)用器有三個(gè)信號(hào)輸入端，分別連接每個(gè)電流源電路中的PNP管的發(fā)射極， 所述復(fù)用器的電壓輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端。 本發(fā)明溫度信號(hào)處理方法的技術(shù)方案是，所述復(fù)用器采集電流源電路中的電壓信 號(hào)，三路電流源電路中的電壓信號(hào)分別為 隱1=—
'si
+ /,肌
FB￡2 =— 《
In
附+附. ^￡3 = — ln^" 《ILi J 其中，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度，q是單位電子電荷，L是第一路電流源電 路中PNP管的集電極電流，IS1是PNP管的飽和電流，RSI是PNP管的等效串聯(lián)電阻，n^是第 二路電流源電路中PNP管的集電極電流相對(duì)于第一路電流源電路中PNP管的集電極電流的 比例系數(shù)是第三路電流源電路中PNP管的集電極電流相對(duì)于第一路電流源電路中PNP 管的集電極電流的比例系數(shù)； 所述復(fù)用器將VBE1、VBE2和VBE3轉(zhuǎn)換成和絕對(duì)溫度成比例的電壓VPTAT，以及和 溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓VREF， PTTMr = —1)—￡2 — (m, — —KM!)=——In
《
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—1
、"i VREF = VBE1+ a VPTAT ; 其中a為一個(gè)比例系數(shù)，數(shù)值由器件特性決定，使VBE1的溫度系數(shù)和a
的溫度系數(shù)互相抵消，從而產(chǎn)生和溫度無關(guān)的電壓VREF ; 之后，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)值為
n ， 川
AD離=
VPTAT 本發(fā)明一種溫度傳感器電路的另一種技術(shù)方案是，包括溫度感測(cè)部分和溫度信號(hào) 轉(zhuǎn)換部分，所述溫度感測(cè)部分包括三路并聯(lián)在電源端與地之間的電流源電路，所述每路電流源電路包括一個(gè)電流源和一個(gè)NPN管，所述電流源的一端連接電源端，另一端連接所述
NPN管的集電極，所述電流源產(chǎn)生電流的方向?yàn)橛呻娫炊讼騈PN管的集電極，所述NPN管的
集電極與基極相連接，所述NPN管的發(fā)射極接地；所述溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分包括一個(gè)復(fù)用器
和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述復(fù)用器有三個(gè)信號(hào)輸入端，分別連接每個(gè)電流源電路中的NPN管
的集電極，所述復(fù)用器的電壓輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端。 本發(fā)明溫度信號(hào)處理方法的另一種技術(shù)方案是，所述復(fù)用器采集電流源電路中的
電壓信號(hào)，三路電流源電路中的電壓信號(hào)分別為 ./f 、
<formula>formula see original document page 6</formula> 其中，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度，q是單位電子電荷，I2是第一路電流源電 路中NPN管的集電極電流，IS2是NPN管的飽和電流，RS2是NPN管的等效串聯(lián)電阻，!112是第 二路電流源電路中NPN管的集電極電流相對(duì)于第一路電流源電路中NPN管的集電極電流的 比例系數(shù)；n2是第三路電流源電路中NPN管的集電極電流相對(duì)于第一路電流源電路中NPN 管的集電極電流的比例系數(shù)； 所述復(fù)用器將VBE1、VBE2和VBE3轉(zhuǎn)換成和絕對(duì)溫度成比例的電壓VPTAT，以及和 溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓VREF，
卩w "2-1 、 <formula>formula see original document page 6</formula> VREF = VBE1+ a VPTAT ; 其中a為一個(gè)比例系數(shù)，數(shù)值由器件特性決定，使VBE1的溫度系數(shù)和a
的溫度系數(shù)互相抵消，從而產(chǎn)生和溫度無關(guān)的電壓VREF ; 之后，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)值為
<formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 6</formula> 本發(fā)明通過添加了第三條電流源電路，使得電路結(jié)構(gòu)仍然較為簡(jiǎn)單，同時(shí)大大提 高了溫度傳感器電路的精度。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖1為現(xiàn)有的溫度傳感器電路的電路圖；
圖2和圖3為本發(fā)明溫度傳感器電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開了一種溫度傳感器電路，如圖2所示，包括溫度感測(cè)部分和溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分，所述溫度感測(cè)部分包括三路并聯(lián)在電源端VDD與地VSS之間的電流源電路，所述 每路電流源電路包括一個(gè)電流源和一個(gè)PNP管，如圖2所示的Q1、 Q2或Q3，所述電流源的 一端連接電源端，另一端連接所述PNP管的發(fā)射極，所述電流源產(chǎn)生電流的方向?yàn)橛呻娫?端向PNP管的發(fā)射極，所述PNP管的集電極與基極相連接并接地；所述溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分包 括一個(gè)復(fù)用器和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述復(fù)用器有三個(gè)信號(hào)輸入端，分別連接每個(gè)電流源電 路中的PNP管的發(fā)射極，所述復(fù)用器的電壓輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端 VIN。 本發(fā)明還提供了一種采用上述溫度傳感器電路實(shí)現(xiàn)的溫度信號(hào)處理方法，所述復(fù) 用器采集電流源電路中的電壓信號(hào)，三路電流源電路中的電壓信號(hào)分別為
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/r尸TMr"w, — 1)(層2-r朋l) ——1)(隱3 —隱1) = —In
《
, w廣i VREF = VBE1+ a VPTAT ; 其中a為一個(gè)比例系數(shù)，數(shù)值由器件特性決定，使VBE1的溫度系數(shù)和a 的溫度系數(shù)互相抵消，從而產(chǎn)生和溫度無關(guān)的電壓VREF ;
之后，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)值為
VPTAT 本發(fā)明還公開了另一種溫度傳感器電路，如圖3所示，包括溫度感測(cè)部分和溫度 信號(hào)轉(zhuǎn)換部分，其特征在于，所述溫度感測(cè)部分包括三路并聯(lián)在電源端與地之間的電流源 電路，所述每路電流源電路包括一個(gè)電流源和一個(gè)NPN管，所述電流源的一端連接電源端， 另一端連接所述NPN管的集電極，所述電流源產(chǎn)生電流的方向?yàn)橛呻娫炊讼騈PN管的集電 極，所述NPN管的集電極與基極相連接，所述NPN管的發(fā)射極接地；所述溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分 包括一個(gè)復(fù)用器和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述復(fù)用器有三個(gè)信號(hào)輸入端，分別連接每個(gè)電流源 電路中的NPN管的集電極，所述復(fù)用器的電壓輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入
丄山順。
本發(fā)明還提供了一種采用上述溫度傳感器電路實(shí)現(xiàn)的溫度信號(hào)處理方法，其特征 在于，所述復(fù)用器采集電流源電路中的電壓信號(hào)，三路電流源電路中的電壓信號(hào)分別為 =
《 <formula>formula see original document page 8</formula>+ ； 其中，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度，q是單位電子電荷，I2是第一路電流源電 路中NPN管的集電極電流，IS2是NPN管的飽和電流，RS2是NPN管的等效串聯(lián)電阻，!112是第 二路電流源電路中NPN管的集電極電流相對(duì)于第一路電流源電路中NPN管的集電極電流的 比例系數(shù)；n2是第三路電流源電路中NPN管的集電極電流相對(duì)于第一路電流源電路中NPN 管的集電極電流的比例系數(shù)； 所述復(fù)用器將VBE1、VBE2和VBE3轉(zhuǎn)換成和絕對(duì)溫度成比例的電壓VPTAT，以及和 溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓VREF，
<formula>formula see original document page 8</formula>
VREF = VBE1+ a VPTAT ; 其中a為一個(gè)比例系數(shù)，數(shù)值由器件特性決定，使VBE1的溫度系數(shù)和a 的溫度系數(shù)互相抵消，從而產(chǎn)生和溫度無關(guān)的電壓VREF ;
之后，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)值為
VPTAT 本發(fā)明通過對(duì)產(chǎn)生的三個(gè)基極發(fā)射極電壓VBE1、 VBE2和VBE3進(jìn)行運(yùn)算產(chǎn)生 VPTAT，可以補(bǔ)償?shù)刃Т?lián)電阻的影響，從而使得VPTAT更接近于理想值，并且和絕對(duì)溫度 成正比，大大提高了溫度傳感器電路的精度。
權(quán)利要求
一種溫度傳感器電路，包括溫度感測(cè)部分和溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分，其特征在于，所述溫度感測(cè)部分包括三路并聯(lián)在電源端與地之間的電流源電路，所述每路電流源電路包括一個(gè)電流源和一個(gè)PNP管，所述電流源的一端連接電源端，另一端連接所述PNP管的發(fā)射極，所述電流源產(chǎn)生電流的方向?yàn)橛呻娫炊讼騊NP管的發(fā)射極，所述PNP管的集電極與基極相連接并接地；所述溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分包括一個(gè)復(fù)用器和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述復(fù)用器有三個(gè)信號(hào)輸入端，分別連接每個(gè)電流源電路中的PNP管的發(fā)射極，所述復(fù)用器的電壓輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端。
2. —種采用如權(quán)利要求1所述的溫度傳感器電路實(shí)現(xiàn)的溫度信號(hào)處理方法，其特征在 于，所述復(fù)用器采集電流源電路中的電壓信號(hào)，三路電流源電路中的電壓信號(hào)分別為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度，q是單位電子電荷，L是第一路電流源電路中 PNP管的集電極電流，IS1是PNP管的飽和電流，RSI是PNP管的等效串聯(lián)電阻，mi是第二路 電流源電路中PNP管的集電極電流相對(duì)于第一路電流源電路中PNP管的集電極電流的比例 系數(shù)是第三路電流源電路中PNP管的集電極電流相對(duì)于第一路電流源電路中PNP管的 集電極電流的比例系數(shù)；所述復(fù)用器將VBE1、VBE2和VBE3轉(zhuǎn)換成和絕對(duì)溫度成比例的電壓VPTAT，以及和溫度 無關(guān)的基準(zhǔn)電壓VREF，<formula>formula see original document page 2</formula>其中a為一個(gè)比例系數(shù)，數(shù)值由器件特性決定，使VBE1的溫度系數(shù)和a 度系數(shù)互相抵消，從而產(chǎn)生和溫度無關(guān)的電壓VREF ; 之后，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)值為<formula>formula see original document page 2</formula>
3. —種溫度傳感器電路，包括溫度感測(cè)部分和溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分，其特征在于，所述溫 度感測(cè)部分包括三路并聯(lián)在電源端與地之間的電流源電路，所述每路電流源電路包括一個(gè) 電流源和一個(gè)NPN管，所述電流源的一端連接電源端，另一端連接所述NPN管的集電極，所 述電流源產(chǎn)生電流的方向?yàn)橛呻娫炊讼騈PN管的集電極，所述NPN管的集電極與基極相連 接，所述NPN管的發(fā)射極接地；所述溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分包括一個(gè)復(fù)用器和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 所述復(fù)用器有三個(gè)信號(hào)輸入端，分別連接每個(gè)電流源電路中的NPN管的集電極，所述復(fù)用 器的電壓輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端。
4. 一種采用如權(quán)利要求3所述的溫度傳感器電路實(shí)現(xiàn)的溫度信號(hào)處理方法，其特征在于，所述復(fù)用器采集電流源電路中的電壓信號(hào)，三路電流源電路中的電壓信號(hào)分別為<formula>formula see original document page 3</formula>其中，k是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度，q是單位電子電荷，12是第一路電流源電路中 NPN管的集電極電流，IS2是NPN管的飽和電流，RS2是NPN管的等效串聯(lián)電阻，m2是第二路 電流源電路中NPN管的集電極電流相對(duì)于第一路電流源電路中NPN管的集電極電流的比例 系數(shù)；n2是第三路電流源電路中NPN管的集電極電流相對(duì)于第一路電流源電路中NPN管的 集電極電流的比例系數(shù)；所述復(fù)用器將VBE1、VBE2和VBE3轉(zhuǎn)換成和絕對(duì)溫度成比例的電壓VPTAT，以及和溫度 無關(guān)的基準(zhǔn)電壓VREF，<formula>formula see original document page 3</formula>其中a為一個(gè)比例系數(shù)，數(shù)值由器件特性決定，使VBE1的溫度系數(shù)和a 度系數(shù)互相抵消，從而產(chǎn)生和溫度無關(guān)的電壓VREF ; 之后，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)值為<formula>formula see original document page 3</formula>
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫度傳感器電路，包括溫度感測(cè)部分和溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分，溫度感測(cè)部分包括三路并聯(lián)在電源端與地之間的電流源電路；溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換部分包括一個(gè)復(fù)用器和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，復(fù)用器有三個(gè)信號(hào)輸入端，分別連接每個(gè)電流源電路中雙極型晶體管，復(fù)用器的電壓輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端。本發(fā)明還提供了一種由上述電路實(shí)現(xiàn)的溫度信號(hào)處理方法，由三路電流源電路中的電壓值計(jì)算得到溫度信號(hào)值。本發(fā)明通過對(duì)產(chǎn)生的三個(gè)基極發(fā)射極電壓VBE1、VBE2和VBE3進(jìn)行運(yùn)算產(chǎn)生和絕對(duì)溫度成正比的電壓VPTAT，可以補(bǔ)償雙極型晶體管等效串聯(lián)電阻的影響，從而使得VPTAT更接近于理想值，并且和絕對(duì)溫度成正比，大大提高了溫度傳感器電路的精度。
文檔編號(hào)G01K7/01GK101762338SQ200810044168
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者孟醒, 李兆桂, 陳濤 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司