一種寬溫范圍的cmos溫度傳感器電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路，包括溫度檢測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，所述溫度檢測(cè)電路是檢測(cè)電路內(nèi)部的溫度并產(chǎn)生一個(gè)寬溫度范圍的線性溫度電壓值，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器是在寬溫度范圍內(nèi)根據(jù)一定的比例運(yùn)算關(guān)系將線性溫度電壓值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；所述時(shí)鐘產(chǎn)生電路用于向模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供時(shí)鐘信號(hào)。本發(fā)明提供的電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用CMOS的溫度特性產(chǎn)生穩(wěn)定的溫度解析度，且僅需較小的面積和功耗即可達(dá)到穩(wěn)定溫度精度輸出的目的，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于為電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)，涉及一種寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路。

【背景技術(shù)】
[0002]溫度傳感器電路實(shí)現(xiàn)方式主要有熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器和CMOS集成溫度傳感器。由單個(gè)元器件組成的溫度傳感器電路，優(yōu)點(diǎn)是器件便宜，覆蓋溫度范圍廣，但是靈敏度和穩(wěn)定性較低。CMOS集成溫度傳感器綜合器件特性和先進(jìn)的電路原理，利用CMOS集成電路的工藝技術(shù)，將感溫元件和先進(jìn)計(jì)算電路集成在同一芯片上，優(yōu)點(diǎn)是模型準(zhǔn)確、體積小、功耗低和輸出特性好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路，該電路利用與溫度成比例的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，得到一個(gè)穩(wěn)定、高精度的數(shù)字輸出信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)代表一定溫度信息，通過(guò)比例計(jì)算公式得到準(zhǔn)確的溫度信息，該電路結(jié)構(gòu)合理，且僅需較小面積即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、準(zhǔn)確的溫度信息。
[0004]本發(fā)明具體解決方案如下:
[0005]一種寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路，其特殊之處在于:包括溫度檢測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，所述溫度檢測(cè)電路是檢測(cè)電路內(nèi)部的溫度并產(chǎn)生一個(gè)寬溫度范圍的線性溫度電壓值，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器是在寬溫度范圍內(nèi)根據(jù)一定的比例運(yùn)算關(guān)系將線性溫度電壓值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；所述時(shí)鐘產(chǎn)生電路用于向模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供時(shí)鐘信號(hào)。
[0006]上述溫度檢測(cè)電路包括基準(zhǔn)電壓電路和線性電壓產(chǎn)生電路，
[0007]所述基準(zhǔn)電壓電路產(chǎn)生一個(gè)與溫度無(wú)關(guān)的基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF和一個(gè)PN結(jié)電壓信號(hào)VPN，其PN結(jié)電壓信號(hào)VPN為負(fù)溫度系數(shù)電壓；
[0008]所述線性電壓產(chǎn)生電路包括電流鏡I1、電流鏡12、PMOS管Ml、PMOS管M2，
[0009]所述PMOS管Ml的源端接電流鏡11，PMOS管Ml的漏端接地，PMOS管Ml的柵端接PN結(jié)電壓信號(hào)VPN;
[0010]所述PMOS管M2的源端接電流鏡12，PMOS管M2的漏端接地，PMOS管M2的柵端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF ；
[0011 ] PMOS管Ml的源端和PMOS管M2的源端輸出線性溫度電壓值(VPTATP，VPTATM)。
[0012]上述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括帶比例運(yùn)算的采樣保持電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，
[0013]所述帶比例運(yùn)算的采樣保持電路包括正向單元和反向單元，
[0014]所述正向單元包括開(kāi)關(guān)S0、開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S3、開(kāi)關(guān)S4、開(kāi)關(guān)S5、開(kāi)關(guān)S6、開(kāi)關(guān)S7、開(kāi)關(guān)S8、開(kāi)關(guān)S9、電容Cl、電容C2以及電容C3 ;開(kāi)關(guān)S4、開(kāi)關(guān)S5和開(kāi)關(guān)SO的一端均連接于A點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S4的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S5的另一端接地，開(kāi)關(guān)SO的另一端、開(kāi)關(guān)SI的一端和電容Cl的一端連接于B點(diǎn)，開(kāi)關(guān)SI的另一端接地，開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S3和電容C2的一端連接于C點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S2的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S3的另一端接地，開(kāi)關(guān)S6、開(kāi)關(guān)S7和電容C3的一端連接于D點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S6和開(kāi)關(guān)S7的另一端接線性溫度電壓值(VPTATP，VPTATM)，電容C3的另一端、電容C2的另一端、開(kāi)關(guān)S9的一端和開(kāi)關(guān)S8的一端連接于E點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S9的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S8的另一端輸出模擬信號(hào)VINN ；
[0015]所述反向單元包括開(kāi)關(guān)S10、開(kāi)關(guān)S11、開(kāi)關(guān)S12、開(kāi)關(guān)S13、開(kāi)關(guān)S14、開(kāi)關(guān)S15、開(kāi)關(guān)S16、開(kāi)關(guān)S17、開(kāi)關(guān)S18、開(kāi)關(guān)S19、電容C4、電容C5以及電容C6 ;開(kāi)關(guān)S10、開(kāi)關(guān)Sll和開(kāi)關(guān)S12的一端均連接于F點(diǎn)，開(kāi)關(guān)SlO的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)Sll的另一端接地，開(kāi)關(guān)S12的另一端、開(kāi)關(guān)S13的一端和電容C4的一端連接于G點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S13的另一端接地，開(kāi)關(guān)S14、開(kāi)關(guān)S15和電容C5的一端連接于H點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S14的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S15的另一端接地，開(kāi)關(guān)S16、開(kāi)關(guān)S17和電容C6的一端連接于I點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S16和開(kāi)關(guān)S17的另一端接線性溫度電壓值(VPTATP，VPTATM)，電容C5的另一端、電容C4的另一端、開(kāi)關(guān)S18的一端和開(kāi)關(guān)S19的一端連接于P點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S18的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S19的另一端輸出模擬信號(hào)VINP ；
[0016]模擬信號(hào)VINP和模擬信號(hào)VINN作為模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸入。
[0017]上述寬溫度范圍為-70°C _185°C之間。
[0018]本發(fā)明電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0019]1、本發(fā)明提供的電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用CMOS工藝特性和先進(jìn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有寬溫度范圍、所需面積小、功耗低、輸出溫度精度高特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)CMOS集成溫度傳感器檢測(cè)溫度范圍小和輸出精度不高的問(wèn)題。
[0020]2、本發(fā)明的一種寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路，實(shí)現(xiàn)了面積的小型化，提高了檢測(cè)溫度范圍和精度，而且，該電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明的電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2是本發(fā)明溫度檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明采樣保持電路的正向單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明采樣保持電路的反向單元結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行清楚、完整地表述。顯然，所表述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0026]如圖1所示，一種寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路，包括溫度檢測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，溫度檢測(cè)電路是檢測(cè)電路內(nèi)部的溫度并產(chǎn)生一個(gè)寬溫度范圍的線性溫度電壓值，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是在寬溫度范圍內(nèi)根據(jù)一定的比例運(yùn)算關(guān)系將線性溫度電壓值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；時(shí)鐘產(chǎn)生電路用于向模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供時(shí)鐘信號(hào)。
[0027]寬溫度范圍為-70°C?185°C之間。
[0028]如圖2所示，溫度檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)示意圖，溫度檢測(cè)電路包括基準(zhǔn)電壓電路和線性電壓產(chǎn)生電路，基準(zhǔn)電壓電路產(chǎn)生一個(gè)與溫度無(wú)關(guān)的基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF和一個(gè)PN結(jié)電壓信號(hào)VPN，其PN結(jié)電壓信號(hào)VPN為負(fù)溫度系數(shù)電壓；線性電壓產(chǎn)生電路包括電流鏡I1、電流鏡12、PMOS管MUPMOS管M2，PMOS管Ml的源端接電流鏡II，PMOS管Ml的漏端接地，PMOS管Ml的柵端接PN結(jié)電壓信號(hào)VPN ；PM0S管M2的源端接電流鏡12，PMOS管M2的漏端接地，PMOS管M2的柵端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF ；PM0S管Ml的源端和PMOS管M2的源端輸出線性溫度電壓值(VPTATP，VPTATM)。
[0029]模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括帶比例運(yùn)算的采樣保持電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，
[0030]帶比例運(yùn)算的采樣保持電路包括正向單元和反向單元，
[0031]如圖3所示，正向單元包括開(kāi)關(guān)S0、開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S3、開(kāi)關(guān)S4、開(kāi)關(guān)S5、開(kāi)關(guān)S6、開(kāi)關(guān)S7、開(kāi)關(guān)S8、開(kāi)關(guān)S9、電容Cl、電容C2以及電容C3 ;開(kāi)關(guān)S4、開(kāi)關(guān)S5和開(kāi)關(guān)SO的一端均連接于A點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S4的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S5的另一端接地，開(kāi)關(guān)SO的另一端、開(kāi)關(guān)SI的一端和電容Cl的一端連接于B點(diǎn)，開(kāi)關(guān)SI的另一端接地，開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S3和電容C2的一端連接于C點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S2的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S3的另一端接地，開(kāi)關(guān)S6、開(kāi)關(guān)S7和電容C3的一端連接于D點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S6和開(kāi)關(guān)S7的另一端接線性溫度電壓值(VPTATP，VPTATM)，電容C3的另一端、電容C2的另一端、開(kāi)關(guān)S9的一端和開(kāi)關(guān)S8的一端連接于E點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S9的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S8的另一端輸出模擬信號(hào)VINN ；
[0032]如圖4所示，反向單元包括開(kāi)關(guān)S10、開(kāi)關(guān)S11、開(kāi)關(guān)S12、開(kāi)關(guān)S13、開(kāi)關(guān)S14、開(kāi)關(guān)S15、開(kāi)關(guān)S16、開(kāi)關(guān)S17、開(kāi)關(guān)S18、開(kāi)關(guān)S19、電容C4、電容C5以及電容C6 ;開(kāi)關(guān)S10、開(kāi)關(guān)Sll和開(kāi)關(guān)S12的一端均連接于F點(diǎn)，開(kāi)關(guān)SlO的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)Sll的另一端接地，開(kāi)關(guān)S12的另一端、開(kāi)關(guān)S13的一端和電容C4的一端連接于G點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S13的另一端接地，開(kāi)關(guān)S14、開(kāi)關(guān)S15和電容C5的一端連接于H點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S14的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S15的另一端接地，開(kāi)關(guān)S16、開(kāi)關(guān)S17和電容C6的一端連接于I點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S16和開(kāi)關(guān)S17的另一端接線性溫度電壓值(VPTATP，VPTATM)，電容C5的另一端、電容C4的另一端、開(kāi)關(guān)S18的一端和開(kāi)關(guān)S19的一端連接于P點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S18的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S19的另一端輸出模擬信號(hào)VINP ；
[0033]模擬信號(hào)VINP和模擬信號(hào)VINN作為模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸入。
[0034]本發(fā)明提供一種寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括溫度檢測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，工作包括以下步驟:
[0035]步驟I，溫度檢測(cè)電路工作。
[0036]具體為，系統(tǒng)中溫度檢測(cè)電路根據(jù)所處的環(huán)境中溫度和電路參數(shù)，得到兩個(gè)與溫度有關(guān)的電壓信號(hào)。
[0037]步驟2，時(shí)鐘產(chǎn)生電路工作。
[0038]具體為，在溫度檢測(cè)電路同時(shí)工作時(shí)，時(shí)鐘產(chǎn)生電路得到模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需要的時(shí)鐘信號(hào)，作為控制信號(hào)。
[0039]步驟3，模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作。
[0040]具體為，模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收來(lái)自溫度檢測(cè)電路的輸出電壓信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0041]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路，其特征在于:包括溫度檢測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，所述溫度檢測(cè)電路是檢測(cè)電路內(nèi)部的溫度并產(chǎn)生一個(gè)寬溫度范圍的線性溫度電壓值，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器是在寬溫度范圍內(nèi)根據(jù)一定的比例運(yùn)算關(guān)系將線性溫度電壓值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；所述時(shí)鐘產(chǎn)生電路用于向模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供時(shí)鐘信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路，其特征在于:所述溫度檢測(cè)電路包括基準(zhǔn)電壓電路和線性電壓產(chǎn)生電路， 所述基準(zhǔn)電壓電路產(chǎn)生一個(gè)與溫度無(wú)關(guān)的基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF和一個(gè)PN結(jié)電壓信號(hào)VPN,其PN結(jié)電壓信號(hào)VPN為負(fù)溫度系數(shù)電壓； 所述線性電壓產(chǎn)生電路包括電流鏡I1、電流鏡12、PMOS管MUPMOS管M2， 所述PMOS管Ml的源端接電流鏡II，PMOS管Ml的漏端接地，PMOS管Ml的柵端接PN結(jié)電壓信號(hào)VPN; 所述PMOS管M2的源端接電流鏡12，PMOS管M2的漏端接地，PMOS管M2的柵端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF ； PMOS管Ml的源端和PMOS管M2的源端輸出線性溫度電壓值(VPTATP，VPTATM)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路，其特征在于:所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括帶比例運(yùn)算的采樣保持電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元， 所述帶比例運(yùn)算的采樣保持電路包括正向單元和反向單元， 所述正向單元包括開(kāi)關(guān)S0、開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S3、開(kāi)關(guān)S4、開(kāi)關(guān)S5、開(kāi)關(guān)S6、開(kāi)關(guān)S7、開(kāi)關(guān)S8、開(kāi)關(guān)S9、電容Cl、電容C2以及電容C3 ;開(kāi)關(guān)S4、開(kāi)關(guān)S5和開(kāi)關(guān)SO的一端均連接于A點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S4的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S5的另一端接地，開(kāi)關(guān)SO的另一端、開(kāi)關(guān)SI的一端和電容Cl的一端連接于B點(diǎn)，開(kāi)關(guān)SI的另一端接地，開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S3和電容C2的一端連接于C點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S2的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S3的另一端接地，開(kāi)關(guān)S6、開(kāi)關(guān)S7和電容C3的一端連接于D點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S6和開(kāi)關(guān)S7的另一端接線性溫度電壓值(VPTATP，VPTATM)，電容C3的另一端、電容C2的另一端、開(kāi)關(guān)S9的一端和開(kāi)關(guān)S8的一端連接于E點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S9的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S8的另一端輸出模擬信號(hào)VINN ； 所述反向單元包括開(kāi)關(guān)S10、開(kāi)關(guān)S11、開(kāi)關(guān)S12、開(kāi)關(guān)S13、開(kāi)關(guān)S14、開(kāi)關(guān)S15、開(kāi)關(guān)S16、開(kāi)關(guān)S17、開(kāi)關(guān)S18、開(kāi)關(guān)S19、電容C4、電容C5以及電容C6 ;開(kāi)關(guān)S10、開(kāi)關(guān)Sll和開(kāi)關(guān)S12的一端均連接于F點(diǎn)，開(kāi)關(guān)SlO的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)SI I的另一端接地，開(kāi)關(guān)S12的另一端、開(kāi)關(guān)S13的一端和電容C4的一端連接于G點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S13的另一端接地，開(kāi)關(guān)S14、開(kāi)關(guān)S15和電容C5的一端連接于H點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S14的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S15的另一端接地，開(kāi)關(guān)S16、開(kāi)關(guān)S17和電容C6的一端連接于I點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S16和開(kāi)關(guān)S17的另一端接線性溫度電壓值(VPTATP，VPTATM)，電容C5的另一端、電容C4的另一端、開(kāi)關(guān)S18的一端和開(kāi)關(guān)S19的一端連接于P點(diǎn)，開(kāi)關(guān)S18的另一端接基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF，開(kāi)關(guān)S19的另一端輸出模擬信號(hào)VINP ； 模擬信號(hào)VINP和模擬信號(hào)VINN作為模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之任一所述的寬溫范圍的CMOS溫度傳感器電路，其特征在于:所述寬溫度范圍為_(kāi)70°C _185°C之間。
【文檔編號(hào)】G01K7/01GK104483033SQ201410752848
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】田澤, 劉敏俠, 邵剛, 王晉, 龍強(qiáng), 唐龍飛 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司第六三一研究所