一种温度传感器及温度模拟信号数字化方法技术

本发明专利技术公开了一种温度传感器及方法，该温度传感器包括可控采样电路、积分电路以及数字输出电路；所述可控采样电路与所述积分电路的输入端电连接，所述可控采样电路还与所述积分电路的输出端电连接，所述积分电路的输出端与所述数字输出电路电连接；所述温度传感器具有用于生成第M位温度数据至第N位温度数据的ΣΔADC模式，以及用于生成第N‑1位温度数据至第1位温度数据的SARADC模式；所述温度传感器在所述SARADC模式的工作周期T＝kT

A digital method of temperature sensor and temperature analog signal

【技术实现步骤摘要】
一种温度传感器及温度模拟信号数字化方法
本专利技术属于集成电路设计
，具体涉及一种温度传感器及温度模拟信号数字化方法。
技术介绍
随着应用场景的不断扩展，对于高分辨率、低功耗温度传感器的需求大幅度提升，在主流的高分辨率温度传感器结构中，一般采用ΣΔADC将带有温度信息的模拟量转换为数字输出，该种ADC可以达到大于20位的超高分辨率，以提供小于0.01℃的温度转换精度，但这种传感器通常以过低的转换速率为代价，同时会伴以较高的平均功耗。传统的基于BJT的温度传感器电路结构如图1所示。图中VBE、ΔVBE由偏置在适当电流下的BJT产生；CS、αCS为分别对应VBE、ΔVBE的采样电容，CI为积分电容，Φ1、Φ2分别对应积分器Integrator的采样、积分周期；当比较器Comparator结果为1时，积分器积分-VBE，反之则积分αΔVBE；N位计数器Counter在此处充当降采样滤波器(N为该ΣΔADC的分辨率)，其数字输出量DOUT代表着输入码流bs中1的密度,由电荷守恒可得到比较器输出码流的占空比为：其中，VBE+αΔVBE为基准电压Vref,因此μ为一个PTAT量，可以用来表征温度。图1中所示的温度传感器的单次温度转换时间为Tconv.＝T0*2N，其中T0为电路的时钟周期；当N值较大时，会产生过长的单次温度转换时间。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种温度传感器及温度模拟信号数字化方法，以在保证温度传感器分别率比较高的情况下，缩短温度模拟信号转换时间。为达到上述目的，本专利技术的技术方案一种温度传感器，该温度传感器包括：可控采样电路、积分电路以及数字输出电路；所述可控采样电路与所述积分电路的输入端电连接，所述可控采样电路还与所述积分电路的输出端电连接，所述积分电路的输出端与所述数字输出电路电连接；所述温度传感器具有用于生成第M位温度数据至第N位温度数据的ΣΔADC模式，以及用于生成第N-1位温度数据至第1位温度数据的SARADC模式；所述温度传感器在所述SARADC模式的工作周期T＝kT0，k为大于0小于预设值的整数，T0为积分电路的时钟周期，0≤N-1＜M，M为温度传感器的分辨率；当所述温度传感器处于SARADC模式，所述可控采样电路用于在每个工作周期向所述积分电路提供采样信号，并调节所述积分电路的积分电容大小和反馈方式，所述积分电路用于在每个所述工作周期根据所述采样信号产生差分目标电压值ΔV；所述数字输出电路用于在每个所述工作周期根据所述差分目标电压值生成构成二进制数字温度的温度数据D。上述方案中，所述积分电路在所述SARADC模式的第1个工作周期内产生差分目标电压值ΔV1＝2ΔVΣΔADC±Vref，ΔVΣΔADC为所述积分电路在ΣΔADC模式的最后一个工作周期结束时产生的差分目标电压值，Vref为基准电压；所述数字输出电路用于在所述SARADC模式的第1个工作周期，根据所述SARADC模式的第1个工作周期的差分目标电压值输出N-1位温度数据；和/或，所述积分电路在所述SARADC模式的第i个工作周期结束时产生的差分目标电压值ΔVi＝2ΔVi-1±Vref，ΔVi-1为所述积分电路在所述SARADC模式的第i-1个工作周期结束时产生的差分目标电压值，所述数字输出电路用于在所述SARADC模式的第i个工作周期，根据所述积分电路在所述SARADC模式的第i个工作周期结束时产生的差分目标电压值ΔVi生成N-i位温度数据；2≤i≤N-1。上述方案中，所述温度传感器在所述SARADC模式的每个工作周期包括第一时段、第二时段、第三时段和第四时段；当ΔVt>0时，所述温度传感器在所述SARADC模式的第t+1个工作周期中，所述积分电路在第一时段所输出的差分电压值为ΔVt-VBE；所述积分电路在第二时段所输出的差分电压值为2(ΔVt-VBE)；所述积分电路在第三时段所输出的差分电压值为2(ΔVt-VBE)-αΔVBE，所述积分电路在第四时段所输出的差分电压值为2ΔVt-Vref；当ΔVt＜0时，所述积分电路在第一时段所输出的差分电压值为ΔVt+VBE；所述积分电路在第二时段所输出的差分电压值为2(ΔVt+VBE)；所述积分电路在第三时段所输出的差分电压值为2(ΔVt-VBE)+αΔVBE，所述积分电路在第四时段所输出的差分电压值为2ΔVt+Vref。上述方案中，所述可控采样电路包括第一采样子电路、第二采样子电路、第一开关子电路和第二开关子电路，所述数字输出电路包括比较器和计数器；所述第一开关子电路和所述第二开关子电路用于控制所述积分电路处在第一反馈方式和所述第二反馈方式；模拟信号产生电路用于产生两个模拟温度信号VBE和ΔVBE并且分别输出到第一采样子电路、第二采样子电路；所述第一采样子电路与所述积分电路的第一输入端电连接，所述第二采样子电路与所述积分电路的第二输入端电连接，所述积分电路的第一输出端与所述比较器的第二输出端电连接，所述积分电路的第二输出端与所述比较器的第一输出端电连接，所述比较器的输出端与所述计数器电连接；所述第一采样子电路还通过所述第一开关子电路与所述积分电路的第二输出端电连接，所述第二采样子电路还通过所述第二开关子电路与所述积分电路的第二输出端电连接；所述第一开关子电路和所述第二开关子电路用于在所述第一时段、所述第三时段和所述第四时段处在断开状态，在所述第二时段处在导通状态；所述第一采样子电路用于在每个时段对所述温度模拟信号进行采样，获得第一电压VBE，所述第二采样子电路用于在每个时段对所述温度模拟信号进行采样，获得第二电压ΔVBE；所述第一采样子电路在所述第二时段的总采样电容小于所述第一采样子电路的基准采样电容，所述第二采样子电路在所述第二时段的总采样电容小于所述第二采样子电路的基准采样电容；所述比较器用于在所述第四时段根据所述差分目标电压值ΔV确定温度数据D；所述计数器用于在所述第四时段根据温度数据生成构成二进制数字温度的温度数据。上述方案中，所述第一采样子电路的基准采样电容和所述第二采样子电路的基准采样电容为αCS；所述第一采样子电路在所述第二时段的总电容和所述第二采样子电路在所述第二时段的总电容为αCS-0.5CI；所述积分电路在所述第二时段的积分电容为1.5CI，所述积分电路的基准积分电容为CI。本专利技术实施例还提供一种温度模拟信号数字化方法，应用于上述方案中任一项所述温度传感器；所述温度传感器具有用于生成第M位温度数据至第N位温度数据的ΣΔADC模式，所述温度传感器在所述SARADC模式的工作周期T＝kT0，k为大于0小于预设值的整数，T0为积分电路的时钟周期，0≤N-1＜M，M为温度传感器的分辨率；所述温度模拟信号数字化方法包括：在所述ΣΔADC模式，所述温度传感器根据温度模拟信号生成第M位温度数据至第N位温度数据；在所述SARADC模式，所述温度传感器根据生成第N-1位温度数据至第1位温度数据；其中，当所述温度传感器处于SA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度传感器，其特征在于，包括：可控采样电路、积分电路以及数字输出电路；所述可控采样电路与所述积分电路的输入端电连接，所述可控采样电路还与所述积分电路的输出端电连接，所述积分电路的输出端与所述数字输出电路电连接；所述温度传感器具有用于生成第M位温度数据至第N位温度数据的ΣΔADC模式，以及用于生成第N-1位温度数据至第1位温度数据的SARADC模式；所述温度传感器在所述SARADC模式的工作周期T＝kT

【技术特征摘要】
1.一种温度传感器，其特征在于，包括：可控采样电路、积分电路以及数字输出电路；所述可控采样电路与所述积分电路的输入端电连接，所述可控采样电路还与所述积分电路的输出端电连接，所述积分电路的输出端与所述数字输出电路电连接；所述温度传感器具有用于生成第M位温度数据至第N位温度数据的ΣΔADC模式，以及用于生成第N-1位温度数据至第1位温度数据的SARADC模式；所述温度传感器在所述SARADC模式的工作周期T＝kT0，k为大于0小于预设值的整数，T0为积分电路的时钟周期，0≤N-1＜M，M为温度传感器的分辨率；
当所述温度传感器处于SARADC模式，所述可控采样电路用于在每个工作周期向所述积分电路提供采样信号，并调节所述积分电路的积分电容大小和反馈方式，所述积分电路用于在每个所述工作周期根据所述采样信号产生差分目标电压值ΔV；所述数字输出电路用于在每个所述工作周期根据所述差分目标电压值生成构成二进制数字温度的温度数据D。


2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述积分电路在所述SARADC模式的第1个工作周期内产生差分目标电压值ΔV1＝2ΔVΣΔADC±Vref，ΔVΣΔADC为所述积分电路在ΣΔADC模式的最后一个工作周期结束时产生的差分目标电压值，Vref为基准电压；所述数字输出电路用于在所述SARADC模式的第1个工作周期，根据所述SARADC模式的第1个工作周期的差分目标电压值输出N-1位温度数据；和/或，
所述积分电路在所述SARADC模式的第i个工作周期结束时产生的差分目标电压值ΔVi＝2ΔVi-1±Vref，ΔVi-1为所述积分电路在所述SARADC模式的第i-1个工作周期结束时产生的差分目标电压值，所述数字输出电路用于在所述SARADC模式的第i个工作周期，根据所述积分电路在所述SARADC模式的第i个工作周期结束时产生的差分目标电压值ΔVi生成N-i位温度数据；2≤i≤N-1。


3.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器在所述SARADC模式的每个工作周期包括第一时段、第二时段、第三时段和第四时段；
当ΔVt>0时，所述温度传感器在所述SARADC模式的第t+1个工作周期中，所述积分电路在第一时段所输出的差分电压值为ΔVt-VBE；所述积分电路在第二时段所输出的差分电压值为2(ΔVt-VBE)；所述积分电路在第三时段所输出的差分电压值为2(ΔVt-VBE)-αΔVBE，所述积分电路在第四时段所输出的差分电压值为2ΔVt-Vref；
当ΔVt＜0时，所述积分电路在第一时段所输出的差分电压值为ΔVt+VBE；所述积分电路在第二时段所输出的差分电压值为2(ΔVt+VBE)；所述积分电路在第三时段所输出的差分电压值为2(ΔVt-VBE)+αΔVBE，所述积分电路在第四时段所输出的差分电压值为2ΔVt+Vref。


4.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述可控采样电路包括第一采样子电路、第二采样子电路、第一开关子电路和第二开关子电路，所述数字输出电路包括比较器和计数器；所述第一开关子电路和所述第二开关子电路用于控制所述积分电路处在第一反馈方式和所述第二反馈方式；模拟信号产生电路用于产生两个模拟温度信号VBE和ΔVBE并且分别输出到第一采样子电路和第二采样子电路；
所述第一采样子电路与所述积分电路的第一输入端电连接，所述第二采样子电路与所述积分电路的第二输入端电连接，所述积分电路的第一输出端与所述比较器的第二输出端电连接，所述积分电路的第二输出端与所述比较器的第一输出端电连接，所述比较器的输出端与所述计数器电连接；所述第一采样子电路还通过所述第一开关子电路与所述积分电路的第二输出端电连接，所述第二采样子电路还通过所述第二开关子电路104与所述积分电路的第二输出端电连接；
所述第一开关子电路和所述第二开关子电路用于在所述第一时段、所述第三时段和所述第四时段处在断开状态，在所述第二时段处在导通状态；所述第一采样子电路用于在每个时段对所述温度模拟信号进行采样，获得第一电压VBE，所述第二采样子电路用于在每个时段对所述温度模拟信号进行采样，获得第二电压ΔVBE；所述第一采样子电路在所述第二时段的总采样电容小于所述第一采样子电路的基准采样电容，所述第二采样子电路在所述第二时段的总采样电容小于所述第二采样子电路的基准采样电容；
所述比较器用于在所述第四时段根据所述差分目标电压值ΔV确定温度数据D；所述计数器用于在所述第四时段根据温度数据生成构成二进制数字温度的温度数据。


5.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述第一采样子电路的基准采样电容和所述第二采样子电路的基准采...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋磊，孙铭阳，
申请(专利权)人：北京中科银河芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11