[发明专利]温度传感器电路和温度传感模数转换方法

说明书

温度传感器电路，涉及集成电路技术，本发明包括感温模块、第一选择器、积分器、积分器周期控制单元、比较器、比较器频率控制单元、滤波器和计数器，时钟电路为积分器周期控制单元、比较器频率控制单元和计数器提供时钟信号；所述时钟电路包括1倍周期输出模块、2倍周期输出模块和16倍周期输出模块，1倍周期输出模块与积分器周期控制单元连接，一个时钟选择开关的第一输入点接2倍周期输出模块，第二输入点接16倍周期输出模块，时钟选择开关的输出点与比较器频率控制单元、滤波器和计数器的时钟输入端连接，时钟选择开关的控制端与比较器的输出端连接。在同等精度下，本发明大幅度减少了转换时间，提高了温度传感器的时间灵敏度。

技术领域

本发明涉及集成电路技术。

背景技术

集成温度传感器芯片一般是利用PN结正向压降的温度特性来实现。PN正向电压V_BE呈负温度系数，而不同电流密度的V_BE之差ΔV_BE呈正温度系数，V_BE和ΔV_BE可以合成一个不随温度变化的参考电压V_REF，ΔV_BE与V_REF的比值表征温度值，参见图1。

现有温度传感器一阶Σ-ΔADC通过积分频率的不同，实现对电压15ΔVBE+VBE和ΔVBE-VBE的积分。积分频率为16kHz周期为Ts，对ΔVBE进行15次积分，对VBE进行1次积分，即16Ts得到对电压15ΔVBE+VBE的积分；积分频率为2kHz周期为8Ts，对ΔVBE进行1次积分，对-VBE进行1次积分，即16Ts得到对电压ΔVBE-VBE的积分。

现有技术的温度传感器原理如图2所示，包括感温模块和一阶Σ-ΔADC模块。感温模块提供感温的模拟量ΔVBE电压和VBE电压，然后经过一阶Σ-ΔADC转换为数字温度值。一阶Σ-ΔADC包括积分器、比较器和数字滤波器(使用计数器作为数字滤波器)等。

开始工作时，ADC输入电压为8ΔVBE，然后进行积分，积分输出值和GND进行比较。如果积分输出值大于GND，比较器输出为1，输入电压减去参考电压，即8ΔVBE-(7ΔVBE+VBE)＝ΔVBE-VBE，然后ΔVBE-VBE作为新的输入电压再次进行积分和比较；如果积分输出值小于GND，比较器输出为0，输入加上参考电压，即8ΔVBE+(7ΔVBE+VBE)＝15ΔVBE+VBE，然后15ΔVBE+VBE作为新的输入电压再次进行积分和比较。

设总的计数器周期数为N(计数器等于N时，ADC转换结束)，输出为1的周期数为A，则根据电荷平衡原理得到：

(N-A)*(15ΔVBE+VBE)＝A*(ΔVBE-VBE)，

当比较器输出为1时，滤波器计数加1。当比较器输出为0时，滤波器计数减1。则(N₀是数字滤波器初始值)。

由于Σ-ΔADC调制器的输入近似为直流信号，ADC最高精度为：ENOB＝log₂N。

缺点：ADC的转换时间为16T*N＝16T*2^ENOB，为了实现高精度，ENOB每增加一位，转换时间就增大一倍。

设T＝3.4us，精度ENOB为13位，则转换时间为16*3.4us*2¹³＝445.6ms。如果精度ENOB提高一位，转换时间为16*3.4us*2¹⁴＝891.2ms，转换时间增加一倍。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高精度和较少转换时间的温度传感器电路和温度传感模数转换方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，温度传感器电路，包括感温模块、第一选择器、积分器、积分器周期控制单元、比较器、比较器频率控制单元、滤波器和计数器，