一種cmos集成溫度傳感器電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種CMOS集成溫度傳感器電路，所述傳感器電路包括正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路、電流鏡、電流控制振蕩器電路和計(jì)數(shù)器組成。所述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路與外部電源相連，產(chǎn)生與絕對(duì)溫度成正比的電流；所述電流鏡將所述正溫度系數(shù)電流進(jìn)行鏡像復(fù)制為多路同溫度系數(shù)電流；所述電流控制振蕩器在所述多路同溫度系數(shù)電流控制下進(jìn)行振蕩，輸出與絕對(duì)溫度成正比的振蕩信號(hào)；所述計(jì)數(shù)器對(duì)所述振蕩信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)并輸出計(jì)數(shù)結(jié)果。本發(fā)明利用與絕對(duì)溫度成正比的電流，控制振蕩器進(jìn)行振蕩，產(chǎn)生與絕對(duì)溫度成精確正比例關(guān)系的周期信號(hào)，從而得到精確的溫度信息。本發(fā)明能夠有效提高溫度傳感器精度，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，完全與CMOS工藝兼容。
【專利說明】一種CMOS集成溫度傳感器電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及CMOS集成傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種CMOS集成溫度傳感器電路。
【背景技術(shù)】
[0002]傳感器是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中最基本、最底層的基礎(chǔ)設(shè)備，對(duì)物體、環(huán)境等進(jìn)行感知識(shí)別、完成信息采集的關(guān)鍵作用。溫度傳感器是最為基本的傳感器類型之一，在工業(yè)生產(chǎn)、科研及生活領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，尤其應(yīng)用在各類智能卡及RFID (Radio FrequencyIdentification,射頻識(shí)別)標(biāo)簽中，能夠精確感知所處環(huán)境溫度,是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前主流的各類智能卡及RFID標(biāo)簽均采用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，能夠與CMOS工藝完全兼容的溫度傳感器由于各類器件的失配，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為實(shí)現(xiàn)高精度的CMOS集成溫度傳感器，本發(fā)明提供一種CMOS集成溫度傳感器電路，能夠輸出一與絕對(duì)溫度成正比的數(shù)字信號(hào)，提供對(duì)溫度的高精度檢測(cè)。
[0004]本發(fā)明所述的一種CMOS集成溫度傳感器電路，包括正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路、電流鏡、電流控制振蕩器電路和計(jì)數(shù)電路。
[0005]所述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路與外部電源連接，輸出與絕對(duì)溫度成正比的第一偏置電流和第二偏置電流；
[0006]所述電流鏡對(duì)所述第一偏置電流和第二偏置電流進(jìn)行比例復(fù)制，得到所述多路同溫度系數(shù)控制電流；
[0007]所述多路同溫度系數(shù)控制電流輸入所述電流控制振蕩器，所述電流控制振蕩器輸出頻率與輸入控制電流成正比的周期性信號(hào)；
[0008]所述計(jì)數(shù)電路對(duì)所述電流控制振蕩器輸出的周期性信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0009]本發(fā)明能夠輸出與絕對(duì)溫度成正比的計(jì)數(shù)值，經(jīng)過換算即可得到精確的環(huán)境溫度信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明CMOS集成溫度傳感器的原理框圖
[0011]圖2為本發(fā)明CMOS集成溫度傳感器較優(yōu)選實(shí)施例的電路原理圖
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0013]圖1是本發(fā)明一種CMOS集成溫度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本發(fā)明所述CMOS集成溫度傳感器由正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路1、電流鏡電路2、電流控制振蕩器3和計(jì)數(shù)電路構(gòu)成。其中正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路I產(chǎn)生于絕對(duì)溫度成正比的偏置電流，該偏置電流經(jīng)電流鏡電路2鏡像后，得到多路與絕對(duì)溫度成正比的同溫度系數(shù)控制電流。將電流鏡電路2產(chǎn)生的多路同溫度系數(shù)控制電流接入電流控制振蕩器電路3中，產(chǎn)生頻率一定的周期性信號(hào)，該周期性信號(hào)頻率與輸入控制電流成正比，進(jìn)而與絕對(duì)溫度成正比。利用計(jì)數(shù)電路4對(duì)電流控制振蕩器電路3輸出的周期性信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，該計(jì)數(shù)值大小與絕對(duì)溫度成正比，通過對(duì)計(jì)數(shù)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可提高溫度檢測(cè)的精度。
[0014]圖2所示為本發(fā)明CMOS集成溫度傳感器較優(yōu)選實(shí)施例的電路原理圖。如圖2所示，正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路I包括PMOS管PM1、PM2，電阻R1，PNP三極管Q1、Q2以及運(yùn)算放大器Ul。PNP三極管Ql、Q2的發(fā)射極均與基極相連，接到地；PNP三極管Ql集電極與運(yùn)算放大器Ul —端相連，同時(shí)連接PMOS管PMl漏極；電阻Rl連接在PMOS管PM2漏極與PNP三極管Q2集電極之間；運(yùn)算放大器Ul另一端連接在電阻Rl與PMOS管PM2漏極之間；PM0S管PMl、PM2均與運(yùn)算放大器Ul輸出端相連；PM0S管PMl、PM2源極及襯底均與外部電源相連。PMOS管PMl漏極流出第一偏置電流(Il)，PMOS管PM2漏極流出第二偏置電流(12)，所述第一偏置電流(Il)和第二偏置電流(12)相等，并與絕對(duì)溫度成正比。
[0015]圖2中，電流鏡電路2由PMOS管PM3、PM4、PM5構(gòu)成，PMOS管PM3、PM4、PM5的柵極均與正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路I中運(yùn)算放大器Ul的輸出端相連，PM3、PM4、PM5源極及襯底均與外部電源相連，PM3漏端輸出第三偏置電流(13)，PM4漏端輸出第四偏置電流(14)，PM5漏端輸出第五偏置電流(15)。
[0016]圖2中，電流控制振蕩器電路3由電流控制反相器U2、U3、U4，電容C1、C2、C3及反相器U5構(gòu)成。其中電流控制反相器U2、U3、U4首尾相連，電容Cl接在電流控制反相器U2輸出端與地之間，電容C2接在電流控制反相器U3輸出端與地之間，電容C3接在電流控制反相器U4輸出端與地之間，反相器U5輸入端與電流控制反相器U4輸出端相連。電流控制反相器U2、U3、U4與電容C1、C2、C3構(gòu)成電流控制振蕩器電路，輸出周期性信號(hào)頻率與第三偏置電流13，第四偏置電流14和第五偏置電流15成正比。反相器U5對(duì)上述周期性信號(hào)進(jìn)行整形。
[0017]圖2中計(jì)數(shù)電路4對(duì)反相器U5輸出的周期性信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，每次計(jì)數(shù)前，將計(jì)數(shù)電路4進(jìn)行復(fù)位。每次復(fù)位，計(jì)數(shù)電路的輸出更新一次計(jì)數(shù)結(jié)果，同時(shí)重新開始計(jì)數(shù)，這樣計(jì)數(shù)電路輸出的計(jì)數(shù)值就和溫度成正比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確檢測(cè)。
[0018]通過加大計(jì)數(shù)電路的計(jì)數(shù)容量、延長(zhǎng)計(jì)數(shù)時(shí)間，可以提高本發(fā)明CMOS集成溫度傳感器的溫度檢測(cè)精度，應(yīng)用于高精度檢測(cè)場(chǎng)合；同時(shí)，降低電流控制振蕩器電路3的振蕩頻率、減小正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路I所產(chǎn)生的電流大小，能夠明顯的降低本發(fā)明溫度傳感器的功耗，應(yīng)用于低功耗場(chǎng)合。
[0019]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的設(shè)計(jì)原則、技術(shù)方案之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種CMOS集成溫度傳感器電路，其特征在于，所述溫度傳感器電路包括正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路、電流鏡、電流控制振蕩器電路和計(jì)數(shù)電路，其中: 所述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路與外部電源連接，輸出與絕對(duì)溫度成正比的電流； 所述電流鏡將與絕對(duì)溫度成正比的電流按比例復(fù)制，輸出與絕對(duì)溫度成正比的多路同溫度系數(shù)鏡像電流； 所述電流控制振蕩器電路在所述多路同溫度系數(shù)鏡像電流控制下工作，輸出頻率與控制電流成正比、同時(shí)與絕對(duì)溫度成正比的周期性信號(hào)； 所述計(jì)數(shù)電路對(duì)所述電流控制振蕩器輸出的周期性信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，每次計(jì)數(shù)前，將計(jì)數(shù)電路進(jìn)行復(fù)位，計(jì)數(shù)電路的輸出更新一次計(jì)數(shù)結(jié)果，同時(shí)重新開始計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確檢測(cè)，該計(jì)數(shù)值大小與絕對(duì)溫度成正比，通過對(duì)計(jì)數(shù)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高溫度檢測(cè)的精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述正溫度系數(shù)電流產(chǎn)生電路包括PNP三極管Ql和PNP三極管Q2、電阻R1、運(yùn)算放大器Ul和PMOS管PM1、PM2，PNP三極管Q1、Q2的發(fā)射極均與基極相連，接到地；PNP三極管Ql集電極與運(yùn)算放大器Ul —端相連，同時(shí)連接PMOS管PMl漏極；電阻Rl連接在PMOS管PM2漏極與PNP三極管Q2集電極之間；運(yùn)算放大器Ul另一端連接在電阻Rl與PMOS管PM2漏極之間；PM0S管PM1、PM2均與運(yùn)算放大器Ul輸出端相連；PM0S管PM1、PM2源極及襯底均與外部電源相連；PM0S管PMl漏極流出第一偏置電流II，PMOS管PM2漏極流出第二偏置電流12，所述第一偏置電流Il和第二偏置電流12相等，并與絕對(duì)溫度成正比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述運(yùn)算放大器Ul為采用CMOS工藝制作的運(yùn)算放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述電流鏡電路為采用CMOS工藝制作的電流鏡，所述電流鏡輸出多路控制電流，所述多路控制電流與所述第一偏置電流11、第二偏置電流12成比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電流控制振蕩器采用多個(gè)電流控制反向延遲單元首尾相連構(gòu)成，所述電流控制反向延遲單元數(shù)量為奇數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述電流控制反向延遲單元由電流控制反相器與電容構(gòu)成，所述電容連接在所述電流控制反相器輸出端與地之間。
【文檔編號(hào)】G05F3/26GK103645770SQ201310636808
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】孫泳 申請(qǐng)人:北京中電華大電子設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司