[发明专利]一种高精度温度传感器误差修正的方法及其修正电路

说明书

本发明公开一种高精度温度传感器误差修正的方法及其修正电路，该方法包含：S1、确定误差修正的所需位数修正方式；S2、先用不同粗调位方式对晶体管的电流进行粗调，再通过占空比调制器产生调制码流并根据调制码流高低对开关进行开合，对晶体管的电流进行细调，确定作为温度信号的射极‑基极电压的修正范围；S3、根据工艺误差及确定的温度信号修正范围，确定开关开合的晶体管电流大小，满足修正范围的要求；S4、根据精度要求得到修正精度。本发明通过改变调制码流的占空比来改变最终修正后的电压大小，避免高精度时需要小电流的情况，有效地消除温度传感器温度信号中的误差，且达到很高的精度要求，能够满足高精度温度传感器修正的需求。

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，特别涉及一种高精度温度传感器误差修正的方法及其修正电路。

背景技术

随着应用需求的不断提高，温度传感器的精度也在不断提高。在温度传感器制造的过程中，由于工艺因素，不可避免地会引入误差。为了保证温度传感器检测温度的准确性，需要将传感器的误差进行修正。常见的修正方式能够有效修正传感器的误差，但是由于工艺因素限制，其修正的精度有限。在高精度传感器中，常见的修正方式并不适用。

图1所示为温度传感器的结构示意图。

图1中两个偏置电流I_bias1和I_bias2分别流过bipolar管(双极性晶体管，也称三极管)Q1和Q2，其中，晶体管Q1产生一个温度信号V_BE，该信号为晶体管Q1发射极与基极的电压差。晶体管Q2也产生一个温度信号V_BE，该信号为晶体管Q2发射极与基极的电压差。晶体管Q1和晶体管Q2两者之间的V_BE差产生了另一个温度信号ΔV_BE。

∑Δ模数转换器(Sigma delta ADC)负责对信号V_BE和ΔV_BE进行采样，并将采样得到的信号进行量化，得到数字码流BS(bit stream)，数字码流经过降采样滤波器(decimation filter)滤波后，得到量化后的温度信号。

在温度传感器中，两个温度信号V_BE和ΔV_BE都会引入误差。每个温度信号都有多个误差源。其中，温度信号V_BE中能够引入误差的误差源有反向饱和电流偏差、基极电阻引入的误差、反向厄利效应引入的误差、偏置电流的误差等等；温度信号ΔV_BE中能够引入误差的误差源有晶体管之间的匹配误差、电流源之间的匹配误差、晶体管有限电流增益引入的误差、反向厄利效应引入的误差等等。

假设温度传感器的精度要求为0.1K(K为开氏温度单位)，则要求所有误差源贡献的误差总和不能大于0.1K，因此每个误差源能够贡献的误差为总误差除以误差源的个数。按照这种分配方式，每个误差源贡献的误差要比总误差小一个数量级左右，即每个误差源的误差为0.01K。

通常情况，通过较好的电路匹配，甚至必要的时候采用动态匹配的方式可以将温度信号ΔV_BE中的误差消除到足够小的范围，因此，可以忽略温度信ΔV_BE的误差。而温度信V_BE中的误差，则不可以通过匹配的方式消除，需要在电路中额外增加一个修正电路。该修正电路的作用是在实际生产后，通过测试的方式计算得到温度信号V_BE中的误差大小，然后利用修正电路将温度信号V_BE中的误差消除。

在SMIC 0.18um标准单元库中的混合信号(Mix signal)工艺中，各种因素导致温度信号V_BE的误差范围约为±9.22mV，而±0.01K温度误差对应的温度信号V_BE误差为±0.04mV(25度室温下)，误差范围与误差精度的比如下：

从上式(1)可以看出，实现误差修正需要8bit的修正方式。