專利名稱：溫度傳感器的校準(zhǔn)方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路，特別涉及集成電路中的溫度傳感器。
背景技術(shù)：
集成電路的溫度傳感器的應(yīng)用非常廣泛，其作用主要有以下兩點(diǎn)(1)檢測(cè)芯片工作環(huán)境的溫度，使得芯片工作在一定的溫度范圍以內(nèi)，如微控制單元(micro control unit，簡(jiǎn)稱“mcu”)，低壓差線性調(diào)制器(low dropout regultaor，簡(jiǎn)稱 “l(fā)do”)等；(2)芯片中的某些電路(如晶體振蕩器)的性能參數(shù)會(huì)隨溫度的變化而變化，精確的溫度檢測(cè)可以更好的補(bǔ)償這些電路的特性。一般來(lái)說(shuō)，片內(nèi)溫度傳感器由三部分組成溫度檢測(cè)電路、基準(zhǔn)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換 (analog to digital converter，簡(jiǎn)稱“ADC” )電路，如圖1所示。溫度檢測(cè)電路的功能是將當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度反映到一個(gè)隨溫度成正比變化的模擬量Vptat上，該模擬量通常是兩個(gè)三極管BE結(jié)電壓差A(yù)Vbe的整數(shù)倍?；鶞?zhǔn)電路產(chǎn)生不隨溫度變化的固定電壓值VKEF。ADC電路的架構(gòu)一般采用逐次逼近寄存器(successive approximation register，簡(jiǎn)稱“sar”)ADC 電路和Σ -Δ (sigma-delta)ADC電路，其作用是將以上兩個(gè)模擬量的比值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出ADout = VPTAT/VEEF = K Δ VBE/VEEF(1)由于在生產(chǎn)、封裝等環(huán)節(jié)過(guò)后，溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路的輸出均存在偏差，導(dǎo)致 ADC電路的輸出不再是理想值。因此需要對(duì)溫度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。從校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)來(lái)講，常用的校準(zhǔn)方法分為單點(diǎn)校準(zhǔn)和雙點(diǎn)校準(zhǔn)。單點(diǎn)校準(zhǔn)即在單個(gè)溫度點(diǎn)下對(duì)電路進(jìn)行校準(zhǔn)。雙點(diǎn)校準(zhǔn)即在兩個(gè)溫度點(diǎn)下進(jìn)行校準(zhǔn)。由于雙點(diǎn)校準(zhǔn)消耗的時(shí)間和資源較大，會(huì)大大增加芯片的制造成本，一般不采用此種方法。單點(diǎn)校準(zhǔn)又分以下兩種方法(1)固定失調(diào)校準(zhǔn)。將某溫度下測(cè)量值和實(shí)際溫度值之差作為失調(diào)，在之后的溫度測(cè)量時(shí)，將測(cè)量值減去失調(diào)即為校正后的溫度值。但是，當(dāng)溫度檢測(cè)電路的輸出電壓存在較大的隨溫度變化的偏差，即隨溫度成正比(Proportion To Absolute Temperature，簡(jiǎn)稱 “PTAT”)的偏差時(shí)，固定失調(diào)校準(zhǔn)無(wú)法糾正PTAT偏差，用此種方法對(duì)高精度溫度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)需要較高精度的溫度檢測(cè)電路，這樣就會(huì)增加此模塊電路的設(shè)計(jì)難度。(2)溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路分別校準(zhǔn)。將溫度檢測(cè)電路的輸出電壓和基準(zhǔn)電路的輸出電壓均分別校正到系統(tǒng)要求的精度以內(nèi)，則其比值也就更加準(zhǔn)確，檢測(cè)溫度精度更高。但是分別校準(zhǔn)無(wú)疑又會(huì)增加芯片的測(cè)試成本，因此這種方法并不實(shí)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種溫度傳感器的校準(zhǔn)方法及其系統(tǒng)，能在很大程度上降低系統(tǒng)對(duì)溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路精度的要求，并且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種溫度傳感器的校準(zhǔn)方法，包含
5以下步驟獲取校準(zhǔn)溫度點(diǎn)T。下模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的理想輸出值A(chǔ)D。ut(l(T。)；在T。下實(shí)際檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值；通過(guò)調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路或基準(zhǔn)電路，將模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為 ADout0 (Tc)，完成對(duì)溫度傳感器的校準(zhǔn)。本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種溫度傳感器的校準(zhǔn)系統(tǒng)，包含模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路，還包含理想輸出值獲取模塊、實(shí)際檢測(cè)模塊和校準(zhǔn)模塊；所述理想輸出值獲取模塊用于獲取校準(zhǔn)溫度點(diǎn)T。下模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的理想輸出值 ADout0 (Tc)，并將獲取的AD。ut。(Tc)發(fā)送至所述校準(zhǔn)模塊；所述實(shí)際檢測(cè)模塊用于在所述T。下實(shí)際檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值，并將檢測(cè)的實(shí)際輸出值發(fā)送至所述校準(zhǔn)模塊；所述校準(zhǔn)模塊用于調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路或基準(zhǔn)電路，將實(shí)際檢測(cè)模塊檢測(cè)到的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為AD。_(T。)，完成對(duì)溫度傳感器的校準(zhǔn)。進(jìn)一步地，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電流鏡比例，或電容比例，或電阻比例等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度檢測(cè)電路的調(diào)節(jié)；通過(guò)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電路中所包含的電阻大小，或電流大小等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)電路的調(diào)節(jié)。進(jìn)一步地，在通過(guò)調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路或基準(zhǔn)電路將模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為AD。ut(l(T。)之前，還需消除溫度檢測(cè)電路中的固定失調(diào)電壓。進(jìn)一步地，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，獲取AD。_ (Tc)。本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于不需要對(duì)溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路都進(jìn)行校準(zhǔn)，而是根據(jù)校準(zhǔn)溫度點(diǎn)T。下模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的理想輸出值A(chǔ)D。ut(l (T。)，只調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路或者只調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電路，將模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為AD。_(T。)，即可完成對(duì)溫度傳感器的校準(zhǔn)。通過(guò)只調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路中的一個(gè)電路，使得在校準(zhǔn)溫度下模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出等于理想值，即調(diào)整溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路中的一個(gè)電路的偏差同時(shí)消除了溫度檢測(cè)電壓偏差和基準(zhǔn)電壓偏差對(duì)溫度傳感器輸出結(jié)果的影響，從而達(dá)到提高溫度傳感器精度的目的。而且由于不需要對(duì)溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路都進(jìn)行校準(zhǔn)，在實(shí)現(xiàn)上更為簡(jiǎn)單。尤其適用于溫度檢測(cè)電路精度較低，基準(zhǔn)電路精度較高，或者，溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路的精度均較低的情況。另外，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電流鏡比例，或電容比例，或電阻比例等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度檢測(cè)電路的調(diào)節(jié)；通過(guò)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電路中所包含的電阻大小，或電流大小等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)電路的調(diào)節(jié)，使得本發(fā)明的實(shí)施例可靈活多變地實(shí)現(xiàn)。另外，由于溫度檢測(cè)電路中存在的偏差還可能包含固定失調(diào)電壓，因此通過(guò)對(duì)溫度檢測(cè)電路中固定失調(diào)電壓的消除，可進(jìn)一步保證校準(zhǔn)后的溫度傳感器的精度。另外，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，獲取AD。ut(l(T。)，保證了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的理想輸出值的準(zhǔn)確性。


圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的溫度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的溫度傳感器的校準(zhǔn)方法流程圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例中溫度檢測(cè)電路存在的偏差電壓示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例中調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路的輸出電壓斜率的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例中的溫度檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例中的基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的溫度傳感器的校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒(méi)有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施例的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的核心在于，獲取校準(zhǔn)溫度點(diǎn)T。下模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的理想輸出值A(chǔ)D。_(T。)； 在T。下實(shí)際檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值；通過(guò)調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路或基準(zhǔn)電路，將模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為AD。_(T。)，即可完成對(duì)溫度傳感器的校準(zhǔn)。本發(fā)明第一實(shí)施例涉及一種溫度傳感器的校準(zhǔn)方法，本實(shí)施例中溫度傳感器的組成結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相同，由溫度檢測(cè)電路、基準(zhǔn)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(即ADC電路)組成。具體流程如圖2所示，在步驟210中，消除溫度檢測(cè)電路中的固定失調(diào)電壓。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，理想情況下，大多數(shù)溫度檢測(cè)電路輸出電壓的表達(dá)式為Vffato = k0AVBE = IcjjVrInN = k0 kT InN/q 二 kQT，其中，k;為 Δ Vbe 的放大倍數(shù)， Vt = kT/q為熱電壓，T為絕對(duì)溫度，q為單位電荷的電量，k為玻耳茲曼常數(shù)，N為兩個(gè)三極管發(fā)射極面積的比例，、=k； klnN/q，是Vptato隨絕度溫度T變化的斜率，與溫度無(wú)關(guān)。從理想情況的表達(dá)式可以得出，在絕對(duì)零度下，溫度檢測(cè)輸出電壓為零。但在實(shí)際情況下，由于工藝制造、封裝等環(huán)節(jié)的作用，溫度檢測(cè)電路的輸出電壓不可避免地存在偏差，主要包含固定失調(diào)電壓和PTAT偏差電壓兩種，如圖3所示。固定失調(diào)電壓即為Vos，其本身不隨溫度變化；PTAT偏差即為Δ Vptat，與理想情況下溫度檢測(cè)電路的理想輸出電壓Vptatq 相同，也是與絕對(duì)溫度成正比。需要指出的是，Vptato和Δ Vptat在絕對(duì)零度下電壓均為0。于是實(shí)際中的溫度檢測(cè)電壓表達(dá)式變?yōu)?br> 權(quán)利要求
1.一種溫度傳感器的校準(zhǔn)方法，其特征在于，包含以下步驟獲取校準(zhǔn)溫度點(diǎn)τ。下模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的理想輸出值A(chǔ)D。_(T。)；在所述T。下實(shí)際檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值；通過(guò)調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路或基準(zhǔn)電路，將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述 ADout0 (Tc)，完成對(duì)溫度傳感器的校準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度傳感器的校準(zhǔn)方法，其特征在于，在通過(guò)調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述AD。_(T。)的步驟中，包含以下子步驟調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路的輸出電壓的斜率，所述溫度檢測(cè)電路的輸出電壓的斜率改變量 Δ k，根據(jù)以下公式得到
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度傳感器的校準(zhǔn)方法，其特征在于，通過(guò)調(diào)節(jié)所述溫度檢測(cè)電路中影響輸出電壓斜率的因素，對(duì)溫度檢測(cè)電路的輸出電壓的斜率進(jìn)行調(diào)節(jié)；其中，所述影響輸出電壓斜率的因素包含以下因素之一或其任意組合電流鏡比例、電阻比例、電容比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度傳感器的校準(zhǔn)方法，其特征在于，在通過(guò)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電路將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述AD。_(T。)的步驟中，包含以下子步驟調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電路的輸出電壓，所述基準(zhǔn)電路的輸出電壓的改變量AVkef，根據(jù)以下公式得到
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度傳感器的校準(zhǔn)方法，其特征在于，通過(guò)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電路中影響基準(zhǔn)電壓值但不影響基準(zhǔn)溫度系數(shù)的因素，在不改變基準(zhǔn)溫度系數(shù)的前提下改變所述基準(zhǔn)電路的輸出電壓，將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述 AD。ut(l(Tc)；其中，所述影響基準(zhǔn)電壓值但不影響基準(zhǔn)溫度系數(shù)的因素包含電阻阻值和/或電流大
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的溫度傳感器的校準(zhǔn)方法，其特征在于，在所述T。 下實(shí)際檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值的步驟之前，還包含以下步驟消除所述溫度檢測(cè)電路的輸出電壓中包含的固定失調(diào)項(xiàng)，使該輸出電壓不但隨溫度成正比，并且使該輸出電壓在絕對(duì)零度下的電壓值為零。
7.一種溫度傳感器的校準(zhǔn)系統(tǒng)，包含用于將環(huán)境溫度反映到一個(gè)隨溫度成正比變化的模擬量Vptat的溫度檢測(cè)電路、用于產(chǎn)生不隨溫度變化的固定電壓值Vkef的基準(zhǔn)電路，和用于將所述Vptat和所述Vkef的比值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，還包含理想輸出值獲取模塊、實(shí)際檢測(cè)模塊和校準(zhǔn)模塊；所述理想輸出值獲取模塊用于獲取校準(zhǔn)溫度點(diǎn)T。下所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的理想輸出值 ADout0 (Tc)，并將獲取的AD。ut。(Tc)發(fā)送至所述校準(zhǔn)模塊；所述實(shí)際檢測(cè)模塊用于在所述T。下實(shí)際檢測(cè)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值，并將檢測(cè)的實(shí)際輸出值發(fā)送至所述校準(zhǔn)模塊；所述校準(zhǔn)模塊用于調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路或基準(zhǔn)電路，將所述實(shí)際檢測(cè)模塊檢測(cè)到的所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述AD。_ (Tc)，完成對(duì)溫度傳感器的校準(zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的溫度傳感器的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述校準(zhǔn)模塊在調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述 ADout0(Tc)時(shí)，調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路的輸出電壓的斜率，將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述AD。ut。(Tc)；
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溫度傳感器的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述校準(zhǔn)模塊包含電壓斜率調(diào)節(jié)子模塊，用于調(diào)節(jié)所述溫度檢測(cè)電路中影響輸出電壓斜率的因素；其中，所述影響輸出電壓斜率的因素包含以下因素之一或其任意組合電流鏡比例、電阻比例、電容比例。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的溫度傳感器的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述校準(zhǔn)模塊在調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電路將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述 ADout0(Tc)時(shí)，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電路的輸出電壓值，將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述 ADout0(Tc)；
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的溫度傳感器的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述校準(zhǔn)模塊包含電壓調(diào)節(jié)子模塊，用于在調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電路將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述AD。_(T。)時(shí)，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電路中影響基準(zhǔn)電壓值但不影響基準(zhǔn)溫度系數(shù)的因素，在不改變基準(zhǔn)溫度系數(shù)的前提下改變所述基準(zhǔn)電路的輸出電壓，將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述AD。_(T。)；其中，所述影響基準(zhǔn)電壓值但不影響基準(zhǔn)溫度系數(shù)的因素包含電阻阻值和/或電流大
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的溫度傳感器的校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度檢測(cè)電路還包含失調(diào)消除模塊，用于消除所述溫度檢測(cè)電路中的固定失調(diào)電壓； 所述校準(zhǔn)模塊是在所述消除模塊完成所述固定失調(diào)電壓的消除后，調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路或基準(zhǔn)電路，將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的實(shí)際輸出值調(diào)整為所述AD。_(T。)。
全文摘要
本發(fā)明涉及集成電路，公開(kāi)了一種溫度傳感器的校準(zhǔn)方法及其系統(tǒng)。通過(guò)只調(diào)節(jié)溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路中的一個(gè)電路，使得在校準(zhǔn)溫度下模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出等于理想值，即調(diào)整溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路中的一個(gè)電路的偏差同時(shí)消除了溫度檢測(cè)電壓偏差和基準(zhǔn)電壓偏差對(duì)溫度傳感器輸出結(jié)果的影響，從而達(dá)到提高溫度傳感器精度的目的。而且由于不需要對(duì)溫度檢測(cè)電路和基準(zhǔn)電路都進(jìn)行校準(zhǔn)，在實(shí)現(xiàn)上更為簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01K15/00GK102175347SQ20111003790
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者胡建國(guó), 蕭經(jīng)華, 郎君 申請(qǐng)人:鉅泉光電科技(上海)股份有限公司