[发明专利]扩展温度范围中高精度数字温度传感器的非线性温度变化的N阶数字分段线性补偿系统和方法

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技术领域

本发明总体上涉及传感器，并且更具体地涉及具有校正技术的数字温度传感器。

背景技术

在诸如医疗、汽车制造及控制的广泛应用中需要高精度温度测量。这些数字温度传感器(DTS)期望具有较低的制造成本。在考虑成本时，标准的CMOS处理是一个非常好的选择，但其不具有某些功能可能需要的高性能双极型晶体管。因此，替代地使用衬底PNP(SPNP)型晶体管。然而，这些晶体管通常没有被很好地模型化，常常导致一阶近似。产品标定可能是克服这些问题中的一部分的解决方案。然而，在高容量产品测试中具有绝对温度参考(例如，油浴)的极高成本使得其不可行。因而，需要更精确的DTS系统和方法。

附图说明

附图中的各图对本发明进行了例示，其意在示例而非限制，并且附图中相同的附图标记旨在引用相似或相应部件。

图1a显示了顺序结构的ΔV_BE生成图。

图1b显示了差分结构的ΔV_BE生成图。

图2显示了高精度温度传感器架构的实施例的框图。

图3显示了期望输出代码与没有增益和偏移补偿的所测输出代码相对比的图。

图4显示了数字输出代码与具有线性补偿的温度相对比的图。

图5显示了使用线性补偿技术时的误差的图。

图6显示了分段线性化描述的图。

图7显示了数字输出代码与具有分段线性化的温度相对比的图。

图8显示了对当使用线性补偿技术和分段线性化技术时所引入的误差进行比较的图。

具体实施方式

提供了一种用于具有数字域中分段增益和偏移校正的数字温度传感器(DTS)的系统和方法。为了描述DTS设计的优点和特征，将测量温度的问题划分为三个不同的子问题是有意义的，即基于温度电压(ΔV_BE)的比例生成的模拟温度传感器、参考电压和模数(A至D)转换器。每一块具有其独立存在的误差源。

温度传感器

通过在使用一个SPNP时顺序地施加集电极电流，或者如果使用多个SPNP时同时地施加集电极电流，可以产生与温度成比例的精确电压。图1a显示了顺序方案的ΔV_BE生成图，而图1b显示了差分方案。如下面的等式1所示，基极-发射极电压之差与温度成比例：

ΔVBE=VBE2(IC2)-VBE1(IC1)=kTq·ln(N)∝Tabsolute]]>(等式1)

其中N为I_c2/I_c1之间的比率，k是玻耳兹曼常数(1.38·10^-23JK^-1)，q是电子电荷(1.602·10^-19C)，T是绝对温度。假设N＝4，ΔV_BE@25C＝35.65mV并且其根据ΔV_EE/T＝119.56μV/K的灵敏度来变化。

如下面的等式2所示，等式1可以扩展为包括所有的相关非理想性。

(等式2)