[发明专利]用于集成温度传感器的低功耗低开关泄露Δ-Σ模数转换器

说明书

本发明公开了一种用于集成温度传感器的低功耗低开关泄露Δ‑Σ模数转换器，包括输入信号选择模块、电容阵列、第一级积分器、第二级积分器、开关电容模拟加法器、比较器、降采样滤波器以及数字逻辑控制单元。本发明中采样电容与DAC采用同一个电容，避免了多电容阵列的DAC以及多比特DEM的使用。此外，本发明与采样电容下极板相连的开关仅有6个，这大大减少由于开关断开引起的漏电流，增加了测温的准确性。本发明中采用了一种新的采样积分方案，在不引入共模输出的同时，减少了配给输入信号的复杂度，降低了系统功耗。

技术领域

本发明属于温度传感集成电路技术领域，具体涉及一种用于集成温度传感器的低功耗低开关泄露Δ-Σ模数转换器。

背景技术

随着物联网和人工智能的发展，人们对温度传感器的性能要求越来越高。与传统温度传感器相比，CMOS集成温度传感器将感温电路与模数转换器集成在同一芯片上，可直接输出数字信号，这有利于系统对温度信号的后续处理和快速响应。常见的温度读出需要两类信号：一类是PTAT(Proportional to absolute temperature，与绝对温度成正比)信号，另一类是与温度无关的参考信号；而通过使用不同比例的电流来偏置PNP对管可以实现上述两类信号。其中三极管PNP的基极发射极电压V_BE呈现负温度特性，而采用不同偏置电流的PNP对管电压差ΔV_BE则呈现正温度特性(PTAT特性)，将V_BE和ΔV_BE进行线性组合即可得到与温度无关的参考电压V_REF＝V_BE+αΔV_BE，其中α为比例系数。由于温度信号频率较低，故一般采用Δ-Σ型ADC对其进行量化，将αV_BE和V_REF输入到ADC中进行量化即可得到两者的比值μ＝αΔV_BE/V_REF，对μ进行线性计算后即可得到温度D_out＝Aμ+B，其中A和B为固定系数。但现有的温度传感器读出电路存在以下几点不足：

1.部分量化电路直接在模拟域利用电阻产生参考电压VREF，由于器件的非理想特性将导致测量误差变大。

2.用于采样参考电压的DAC是含有多个电容的电容阵列，为了减少工艺偏差以及电容失配的影响，需要为其设计多比特DEM(Dynamic element matching，动态元素匹配)电路；这增加了电路设计的复杂性以及芯片的面积，更重要的是存在很多开关与采样电容直接相连，开关断开时的泄露电流会导致电容上电荷的丢失，导致测量误差增大。

3.目前读出电路可以将输入电容和DAC进行复用，来避免了多比特DEM的使用，但是由于其输入信号配给的问题，在积分器输出点会产生共模分量，虽然该分量会被共模反馈抑制，但由于ΔΣ是逐渐积累的过程，故会引起积分器工作的错误；此外该电路为了配给输入信号采用了较为复杂的控制逻辑，这增加电路设计的复杂性以及系统功耗。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种用于集成温度传感器的低功耗低开关泄露Δ-Σ模数转换器，能够降低系统功耗，提高温度传感器的分辨率。

一种用于集成温度传感器的低功耗低开关泄露ΔΣ模数转换器，包括：

输入信号选择模块，用于系统反相输入信号的选择，在一个周期中根据不同的系统反馈值bs采样不同的反相输入信号；

电容阵列，根据输入信号产生相对应的下极板电压，其由两路差分形式的采样电容C_s1a和C_s1b构成；

第一级积分器，用于在积分相位时将电容阵列上的电荷转移到积分电容上；

第二级积分器，将经过一个ΔΣ周期后第一级积分器的输出电压储存在输入电容上，完成一个ΔΣ周期的延迟；