[发明专利]一种基于BJT的智能温度传感器的校正方法

说明书

本发明公开了一种基于BJT的智能温度传感器的校正方法，通过分段式的方法，依据Vsubgt;BE/subgt;非线性转折温度点，将测温范围划分为两个区间，使用不同系数的线性拟合关系式，同时联合使用批量校正与单点校正，通过仅对每个芯片进行单点校正，实现对两个区间内的线性关系式斜率和截距均进行调整。相对传统的批量校正和单点校正来说，本发明没有额外添加校准点和测温流程，也无需在电路层次进行相应的补偿，在没有增加校正成本和硬件开支的基准上，大大降低了Vsubgt;BE/subgt;的非线性影响，提高了传感器输出精度。

技术领域

本发明属于温度传感器集成电路技术领域，具体涉及一种基于BJT的智能温度传感器的校正方法。

背景技术

温度传感器广泛应用于测量、仪表和控制系统，在许多应用中，使用能够以数字格式产生易于解释的温度读数的温度传感器是很有吸引力的，这种智能温度传感器将传感器和接口电子器件结合在一块芯片上，并且最好采用低成本标准CMOS工艺制造。

CMOS温度传感器因为其体积小、功耗低、成本低的优势，被广泛地应用于环境监测、工业自动化、冷链运输等场合；根据硅基传感单元的不同，CMOS温度传感器又分为基于BJT(Bipolar Junction Transistor，双极结型晶体管)的温度传感器、基于电阻的温度传感器、基于热扩散(Thermal Diffusivity，TD)的温度传感器以及基于MOSFET的温度传感器，不同的温度传感器各具优缺点，其中BJT由于工艺偏差较小，因此被应用于大部分的温度传感器中。

基于BJT的温度传感器具有很大的测量范围，可以达到-55℃到125℃。此外，由于BJT与温度具有较好的线性度，一般通过单点校正即可达到±1℃以内的精度，相对于电阻型和MOSFET型CMOS温度传感器而言大大节省了后端的校正成本，应用更为广泛。

基于BJT的智能温度传感器基本电路结构如图1所示，其中批量校正用于确定芯片输出与测量温度之间的关系式，单点校正用于消除由于工艺偏差等引起的不同芯片之间的offset。可以看出，常用的校正算法无法消除由V_BE非线性引入的误差。

对于现有的基于BJT的CMOS温度传感器，其校准后精度受到V_BE的非线性的影响，V_BE的温度特性主要是由BJT的饱和电流的温度特性与集电极电流温度特性等相关；若BJT集电极电流I_C∝Tm，则V_BE可表示为：

其中：V_BE0是绝对零度时的基极发射极电压，λ为一常数，k为玻尔兹曼常数，q是单位电荷量，η是一个受工艺影响的量(约为4)，T_ref为参考温度，T为绝对温度；可见V_BE的非线性项正比于TlnT，校准时如果能加入一个正比于TlnT的项，则可以完全消除V_BE的非线性；传统的减小V_BE非线性的方法，一方面是使集电极电流正比于T，即使得m为1，则可以减小非线性项；另一方面是在公式μ＝中，增大α，使分母V_BE+αΔV_BE呈现略微的正温度特性，用这个处于分母的正温度特性带来的非线性抵消掉一部分V_BE带来的非线性；但上述方法虽然能一定程度减轻V_BE非线性带来的影响，却不能完全消除。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于BJT的智能温度传感器的校正方法，通过分段式的方法，联合使用批量校正与单点校正，通过仅对每个芯片进行单点校正，实现对两个区间内的线性关系式斜率和截距均进行调整，大大降低了V_BE的非线性影响，提高传感器输出精度。

一种基于BJT的智能温度传感器的校正方法，包括批量校正和单点校正两部分，首先进行批量校正，具体过程如下：