基于sigma-delta ADC的数字温度传感器制造技术

本发明专利技术提供一种基于sigma‑delta ADC的数字温度传感器，包括：基准电路，其包括参考电流单元与基准核单元，基准核单元，用于提供基准电压及产生与绝对温度成正比的PTAT电流；参考电流单元，用于提供所需的偏置电流、失调电流与参考电流；时钟单元，用于提供时钟信号；sigma‑delta调制器，用于根据时钟信号的周期控制输入电流信号为PTAT电流与失调电流的差值模数转换生成sigma‑delta调制信号；滤波抽取单元，用于根据时钟信号对sigma‑delta调制信号进行滤波与采样抽取生成相应的数字编码信号。通过采集PTAT电流，提高了温度采集的精确度；省略了积分放大器，降低了温度传感器的功耗。

【技术实现步骤摘要】
基于sigma-deltaADC的数字温度传感器
本专利技术涉及集成电路
，应用于传感器领域，特别是涉及一种基于sigma-deltaADC的数字温度传感器。
技术介绍
在工业控制和电力系统中，环境温度是需要测量的一个重要参数。因此，温度传感器在系统中得到广泛地应用。而集成温度传感器具有体积小，成本低、易于集成等优点，然而针对芯片温度的检测，现有技术中采用温度二极管通电后的压降随温度升高而下降的特性来检测温度。由于二极管有寄生电阻，并且该寄生电阻随工艺变化而变化，无法准确预测。因此用温度二极管测芯片温度有较大的偏差。另外，用温度二极管测量温度输出的为电压信号，不能被CPU等数字信号处理电路直接读取，因此，无法在温度二极管的基准上构建温度检测与保护系统，导致大功耗器件工作时缺乏保护，容易烧坏器件。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于sigma-deltaADC的数字温度传感器，用于解决现有技术中芯片温度检测时，使用温度二极管进行温度测量偏差较大的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于sigma-deltaADC的数字温度传感器，包括：基准电路，包括参考电流单元与基准核单元，所基准核单元，用于提供基准电压以及产生与绝对温度成正比的PTAT电流；所述参考电流单元，用于提供所述sigma-delta调制器工作所需的偏置电流、失调电流与参考电流；时钟单元，用于提供所述sigma-delta调制器的时钟信号；sigma-delta调制器，分别连接于所述基准电路与时钟单元，用于根据时钟信号的周期控制输入电流信号为所述PTAT电流与失调电流的差值，并将所述差值电流进行模数转换生成sigma-delta调制信号；滤波抽取单元，分别连接所述时钟信号与sigma-delta调制器，用于根据时钟信号对所述sigma-delta调制信号进行滤波与采样抽取生成相应的数字编码信号。如上所述，本专利技术的基于sigma-deltaADC的数字温度传感器，具有以下有益效果：本专利技术中的数字温度传感器采用基准电路产生与绝对温度成正比的PTAT电流，实现将温度转换成电流信号；利用sigma-delta调制器精确采集PTAT电流，将其转换成数字信号，提高了温度采集的精确度；同时，省略了积分放大器，采用电容当作积分器，极大地降低了温度传感器的功耗。附图说明图1显示为本专利技术提供的一种基于sigma-deltaADC的数字温度传感器结构框图；图2显示为本专利技术提供的图1中一种基准电路的结构框图；图3显示为本专利技术提供的一种基准核单元电路图；图4显示为本专利技术提供的PTAT电流与温度关系曲线图；图5显示为本专利技术提供的一种参考电流单元电路图；图6显示为本专利技术提供的一种sigma-delta调制器电路图；图7显示为本专利技术提供的一种PTAT电流与失调电流的差值和温度关系曲线图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。请参阅图1，为本专利技术提供的一种基于sigma-deltaADC的数字温度传感器结构框图，包括：基准电路，包括参考电流单元与基准核单元，所基准核单元，用于提供基准电压以及产生与绝对温度成正比的PTAT电流；所述参考电流单元，用于提供所述sigma-delta调制器工作所需的偏置电流、失调电流与参考电流；时钟单元，用于提供所述sigma-delta调制器的时钟信号；sigma-delta调制器，分别连接于所述基准电路与时钟单元，用于根据时钟信号的周期控制输入电流信号为所述PTAT电流与失调电流的差值，并将所述差值电流进行模数转换生成sigma-delta调制信号；滤波抽取单元，分别连接所述时钟信号与sigma-delta调制器，用于根据时钟信号对所述sigma-delta调制信号进行滤波与采样抽取生成相应的数字编码信号。在本实施例中，sigma-delta调制器与滤波抽取单元组成sigma-deltaADC，基准电路用于PTAT电流转换成数字信号，从而实现电流信号到数字信号的转换。基准电路和sigma-deltaADC共同实现了温度信号到数字信号的转换；其中，所述sigma-delta调制器将PTAT电流转换成sigma-delta调制信号，调制信号经过滤波抽取电路的低通滤波和降采样抽取后转换成n位的数字编码信号，该数字编码信号与PTAT电流关系如下：式(1)中，LSB表示ADC为最小权重位对应的电流大小，Δ的值在0到LSB之间，Di(i表示从1到n任意一个自然数)表示数字编码信号；可见，PTAT电流与数字编码的十进制值对应，误差为一个LSB。实际电路中，式(1)还含有一不随温度变化的失调电流项，该失调电流项不影响PTAT电流与数字信号Di的变化跟随关系。具体地，参见图2中，基准电路还提供调制器工作所需的偏置电流、失调电流、参考电流，基准电压；时钟电路提供调制器和滤波抽取电路工作所需的时钟信号。基准电路由基准核单元和参考电流单元组成，基准核单元与绝对温度成正比PTAT电流，用于检测温度；另外，基准核单元还产生基准电压，参考电流单元接收基准电压后产生参考电流、失调电流和偏置电流。请参阅图3，所述基准核单元包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一双极晶体管、第二双极晶体管、第三双极晶体管、第一电阻、第二电阻与第一放大器；四个所述PMOS管构成电流镜，所述第一放大器输出连接该电流镜的栅极；其正向输入端连接第一电阻的一端与第一PMOS管的漏极，所述第一双极晶体管的发射极连接第一电阻的另一端；所述第二PMOS管的漏极分别连接第一放大器负输入端与第二双极晶体管的发射极；所述第三PMOS管的漏极连接第二电阻一端共同输出基准电压，第二电阻另一端连接第三双极晶体管的发射极，在第二电阻与所述第四PMOS管的漏极输出PTAT电流。所述第一双极晶体管的发射面积为第二双极晶体管的N倍，所述第一PMOS管、第一电阻与第一双极晶体管构成负反馈电路，将第一放大器输出反馈到其正向输入端。I1R1+VBEQ1＝VBEQ2(2)上式(2)中，I1表示双极晶体管Q1集电结电流(忽略双极晶体管发射结电流与集电极电流差别)，VBEQ1和VBEQ1分别表示PNP双极晶体管Q1和Q2基射结间电压绝对值。根据双极晶体管公式有：上式(3)中，q表示电子电荷，k为玻尔兹曼常数，T表示绝对温度，IS1和IS2分别表示双极晶体管Q1和Q2的反向饱和电流，I2表示流过双极晶体管Q2集电极电流。整理(3)式得到：由于PMOS晶体管P1和P2构成的电流镜作用，I1＝I2；双极晶体管反向饱和电流与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于sigma‑delta ADC的数字温度传感器，其特征在于，包括：基准电路，包括参考电流单元与基准核单元，所基准核单元，用于提供基准电压以及产生与绝对温度成正比的PTAT电流；所述参考电流单元，用于提供所述sigma‑delta调制器工作所需的偏置电流、失调电流与参考电流；时钟单元，用于提供所述sigma‑delta调制器的时钟信号；sigma‑delta调制器，分别连接于所述基准电路与时钟单元，用于根据时钟信号的周期控制输入电流信号为所述PTAT电流与失调电流的差值，并将所述差值电流进行模数转换生成sigma‑delta调制信号；滤波抽取单元，分别连接所述时钟信号与sigma‑delta调制器，用于根据时钟信号对所述sigma‑delta调制信号进行滤波与采样抽取生成相应的数字编码信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于sigma-deltaADC的数字温度传感器，其特征在于，包括：基准电路，包括参考电流单元与基准核单元，所基准核单元，用于提供基准电压以及产生与绝对温度成正比的PTAT电流；所述参考电流单元，用于提供所述sigma-delta调制器工作所需的偏置电流、失调电流与参考电流；时钟单元，用于提供所述sigma-delta调制器的时钟信号；sigma-delta调制器，分别连接于所述基准电路与时钟单元，用于根据时钟信号的周期控制输入电流信号为所述PTAT电流与失调电流的差值，并将所述差值电流进行模数转换生成sigma-delta调制信号；滤波抽取单元，分别连接所述时钟信号与sigma-delta调制器，用于根据时钟信号对所述sigma-delta调制信号进行滤波与采样抽取生成相应的数字编码信号。2.根据权利要求1所述的基于sigma-deltaADC的数字温度传感器，其特征在于，所述基准核单元包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一双极晶体管、第二双极晶体管、第三双极晶体管、第一电阻、第二电阻与第一放大器；四个所述PMOS管构成电流镜，所述第一放大器输出连接该电流镜的栅极；其正向输入端连接第一电阻的一端与第一PMOS管的漏极，所述第一双极晶体管的发射极连接第一电阻的另一端；所述第二PMOS管的漏极分别连接第一放大器负输入端与第二双极晶体管的发射极；所述第三PMOS管的漏极连接第二电阻一端共同输出基准电压，第二电阻另一端连接第三双极晶体管的发射极，在第二电阻与所述第四PMOS管的漏极输出PTAT电流。3.根据权利要求2所述的基于sigma-deltaADC的数字温度传感器，其特征在于，所述第一双极晶体管的发射面积为第二双极晶体管的N倍，所述第一PMOS管、第一电阻与第一双极晶体管构成负反馈电路。4.根据权利要求1所述的基于sigma-deltaADC的数字温度传感器，其特征在于，所述参考电流单元包括第一NMOS管、第三电阻、第二放大器、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管与第八PMOS管，所述第二放大器正向输入端连接基...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡蓉彬，胡刚毅，李儒章，王健安，陈光炳，王育新，付东兵，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50