一种高精度温度传感器误差修正的方法及其修正电路技术

本发明专利技术公开一种高精度温度传感器误差修正的方法及其修正电路，该方法包含：S1、确定误差修正的所需位数修正方式；S2、先用不同粗调位方式对晶体管的电流进行粗调，再通过占空比调制器产生调制码流并根据调制码流高低对开关进行开合，对晶体管的电流进行细调，确定作为温度信号的射极‑基极电压的修正范围；S3、根据工艺误差及确定的温度信号修正范围，确定开关开合的晶体管电流大小，满足修正范围的要求；S4、根据精度要求得到修正精度。本发明专利技术通过改变调制码流的占空比来改变最终修正后的电压大小，避免高精度时需要小电流的情况，有效地消除温度传感器温度信号中的误差，且达到很高的精度要求，能够满足高精度温度传感器修正的需求。

A Method for Error Correction of High Precision Temperature Sensor and Its Correction Circuit

The invention discloses a method for error correction of high precision temperature sensor and its correction circuit. The method includes: S1, determining the required bit correction method for error correction; S2, first roughly adjusting the transistor current by different roughly adjusting ways, then generating modulation code current by duty cycle modulator and opening and closing the switch according to the level of modulation code current, so as to carry out the current of the transistor. Fine tuning, determine the correction range of emitter and base voltage as temperature signal; S3, determine the transistor current size of switch opening and closing according to process error and temperature signal correction range, meet the requirements of correction range; S4, get the correction accuracy according to accuracy requirements. By changing the duty cycle of the modulation code stream, the final corrected voltage can be changed to avoid the need for small current in high precision, effectively eliminate the error in temperature sensor signal, and achieve high precision requirements, which can meet the needs of high precision temperature sensor correction.

【技术实现步骤摘要】
一种高精度温度传感器误差修正的方法及其修正电路
本专利技术涉及集成电路设计领域，特别涉及一种高精度温度传感器误差修正的方法及其修正电路。
技术介绍
随着应用需求的不断提高，温度传感器的精度也在不断提高。在温度传感器制造的过程中，由于工艺因素，不可避免地会引入误差。为了保证温度传感器检测温度的准确性，需要将传感器的误差进行修正。常见的修正方式能够有效修正传感器的误差，但是由于工艺因素限制，其修正的精度有限。在高精度传感器中，常见的修正方式并不适用。图1所示为温度传感器的结构示意图。图1中两个偏置电流Ibias1和Ibias2分别流过bipolar管(双极性晶体管，也称三极管)Q1和Q2，其中，晶体管Q1产生一个温度信号VBE，该信号为晶体管Q1发射极与基极的电压差。晶体管Q2也产生一个温度信号VBE，该信号为晶体管Q2发射极与基极的电压差。晶体管Q1和晶体管Q2两者之间的VBE差产生了另一个温度信号ΔVBE。∑Δ模数转换器(SigmadeltaADC)负责对信号VBE和ΔVBE进行采样，并将采样得到的信号进行量化，得到数字码流BS(bitstream)，数字码流经过降采样滤波器(decimationfilter)滤波后，得到量化后的温度信号。在温度传感器中，两个温度信号VBE和ΔVBE都会引入误差。每个温度信号都有多个误差源。其中，温度信号VBE中能够引入误差的误差源有反向饱和电流偏差、基极电阻引入的误差、反向厄利效应引入的误差、偏置电流的误差等等；温度信号ΔVBE中能够引入误差的误差源有晶体管之间的匹配误差、电流源之间的匹配误差、晶体管有限电流增益引入的误差、反向厄利效应引入的误差等等。假设温度传感器的精度要求为0.1K(K为开氏温度单位)，则要求所有误差源贡献的误差总和不能大于0.1K，因此每个误差源能够贡献的误差为总误差除以误差源的个数。按照这种分配方式，每个误差源贡献的误差要比总误差小一个数量级左右，即每个误差源的误差为0.01K。通常情况，通过较好的电路匹配，甚至必要的时候采用动态匹配的方式可以将温度信号ΔVBE中的误差消除到足够小的范围，因此，可以忽略温度信ΔVBE的误差。而温度信VBE中的误差，则不可以通过匹配的方式消除，需要在电路中额外增加一个修正电路。该修正电路的作用是在实际生产后，通过测试的方式计算得到温度信号VBE中的误差大小，然后利用修正电路将温度信号VBE中的误差消除。在SMIC0.18um标准单元库中的混合信号(Mixsignal)工艺中，各种因素导致温度信号VBE的误差范围约为±9.22mV，而±0.01K温度误差对应的温度信号VBE误差为±0.04mV(25度室温下)，误差范围与误差精度的比如下：从上式(1)可以看出，实现误差修正需要8bit的修正方式。常见的误差修正电路如图2和图3所示。图2是电阻修正方式。该方式在晶体管的VBE上直接叠加一个电压，电压的大小为n×R×Ibias，其中，n为修正需要用到电阻的个数，R为每个修正电阻大小，Ibias为晶体管上偏置电流。通过计算可以得到，要实现0.01K精度的要求，修正电路的匹配精度需要高达0.074％，这个精度在一般工艺中是很难实现的。图3是利用电流修正方式。该方式通过改变晶体管上偏置电流的大小，改变晶体管VBE的值，从而修正VBE中的误差。通常情况下，为了避免温度传感器自身发热对环境监测的影响，传感器功耗都会很小，因此晶体管上的电流很小，例如0.5uA。在这种情况下，为了实现VBE的高精度修正，需要用到的修正电流的精度很高，通过计算可以得到，要实现0.01K精度的要求，则最小bit的修正电流大小为0.75nA。而0.75nA的电流非常小，设计中实现起来非常困难，且精度很难保证。从上可知，常见的误差修正方式在高精度传感器中使用存在局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高精度温度传感器误差修正的方法及其修正电路，利用调制占空比的方式来实现温度信号误差的修正，该方式能够有效地消除温度传感器温度信号中的误差，且达到很高的精度要求，能够满足高精度温度传感器修正的需求。为了达到上述目的，本专利技术公开了一种高精度温度传感器误差修正的方法，该方法包含以下步骤：S1、确定温度传感器误差修正时的所需位数修正方式；S2、先采用不同粗调位方式对晶体管的电流进行粗调，再通过占空比调制器产生调制码流并根据调制码流高低对控制开关进行开合，对晶体管的电流进行细调，确定作为温度信号的射极-基极电压的修正范围；或者，直接通过占空比调制器产生调制码流并根据调制码流高低对控制开关进行开合，对晶体管的电流进行细调，确定作为温度信号的射极-基极电压的修正范围；S3、根据工艺导致的误差以及所确定的温度信号的修正范围，确定控制开关开合时的晶体管的电流大小，以满足修正范围的要求；S4、根据步骤S1中的所需位数修正方式的精度要求得到修正精度。优选地，所述步骤S1中，进一步包含：通过计算工艺导致的温度信号误差a与误差精度c的比值再根据比值m得到实现误差修正的所需位数修正方式。优选地，所述步骤S2中，进一步包含：当码流为低时，控制开关S断开，晶体管上流过的第一电流为Ibias1，产生一个射极-基极电压VBE1，记作第一电压，该第一电压为：当码流为高时，控制开关S闭合，晶体管上流过的第二电流为Ibias1+Ibias2，产生另一个射极-基极电压VBE2，记作第二电压，第二电压为：式中，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电荷，Is为晶体管反向饱和电流；所述第一电压和所述第二电压经过滤波器后得到修正后的等效电压VBE,trim＝γVBE2+(1-γ)VBE1(4)，式中，γ为调制码流的占空比；由公式(2)和(3)可知修正范围为：优选地，所述步骤S3中，进一步包含：已知工艺导致的温度信号误差为a，则有：由公式(6)可得到第二电流与第一电流的比值；由第二电流与第一电流的比值可确定满足修正范围的要求的第一电流和第二电流的数值；根据误差修正需要的修正方式的x位精度要求，得到相邻占空比之间的差值d＝1/2x，则结合公式(4)，可知修正精度为：VBE,accuracy＝VBE,trim|γ+d-VBE,trim|γ＝(γ+d)VBE2+(1-γ-d)VBE1-γVBE2-(1-γ)VBE1＝d·VBE2-d·VBE1＝d·(VBE2-VBE1)＝d·VBE,range(7)。优选地，粗调方式设置为2bit粗调方式或者其他位数粗调方式，且占空比调制方式与所述粗调方式匹配设置。优选地，所述占空比调制方式可通过增加调制采样时钟周期的个数增加调制精度。优选地，所述占空比调制方式中，通过控制码流为高的采样时钟周期的个数来调制码流的占空比。本专利技术还提供了一种采用如上面所述的高精度温度传感器误差修正的方法的高精度温度传感器误差修正电路，该修正电路包含：产生调制码流的占空比调制器；与所述占空比调制器配合的控制开关，其与晶体管连接；所述控制开关根据码流的高低进行开合，对晶体管上流过的电流进行调节，得到的修正后的等效电压，确定晶体管发射极-基极电压的修正范围，并根据修正方式的精度要求得到修正精度。优选地，所述控制开关还与一低通滤波器连接，或者该低通滤波器被温度传感器中的抽取滤波器替换。与现有技术相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度温度传感器误差修正的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：S1、确定温度传感器误差修正时的所需位数修正方式；S2、先采用不同粗调位方式对晶体管的电流进行粗调，再通过占空比调制器产生调制码流并根据调制码流高低对控制开关进行开合，对晶体管的电流进行细调，确定作为温度信号的射极‑基极电压的修正范围；或者，直接通过占空比调制器产生调制码流并根据调制码流高低对控制开关进行开合，对晶体管的电流进行细调，确定作为温度信号的射极‑基极电压的修正范围；S3、根据工艺导致的误差以及所确定的温度信号的修正范围，确定控制开关开合时的晶体管的电流大小，以满足修正范围的要求；S4、根据步骤S1中所需位数修正方式的精度要求得到修正精度。

【技术特征摘要】
1.一种高精度温度传感器误差修正的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：S1、确定温度传感器误差修正时的所需位数修正方式；S2、先采用不同粗调位方式对晶体管的电流进行粗调，再通过占空比调制器产生调制码流并根据调制码流高低对控制开关进行开合，对晶体管的电流进行细调，确定作为温度信号的射极-基极电压的修正范围；或者，直接通过占空比调制器产生调制码流并根据调制码流高低对控制开关进行开合，对晶体管的电流进行细调，确定作为温度信号的射极-基极电压的修正范围；S3、根据工艺导致的误差以及所确定的温度信号的修正范围，确定控制开关开合时的晶体管的电流大小，以满足修正范围的要求；S4、根据步骤S1中所需位数修正方式的精度要求得到修正精度。2.如权利要求1所述的高精度温度传感器误差修正的方法，其特征在于，所述步骤S1中，进一步包含：通过计算工艺导致的温度信号误差a与误差精度c的比值m：再根据比值m得到实现误差修正所需位数修正方式。3.如权利要求2所述的高精度温度传感器误差修正的方法，其特征在于，所述步骤S2中，进一步包含：当码流为低时，控制开关S断开，晶体管上流过的第一电流为Ibias1，产生一个射极-基极电压VBE1，记作第一电压，该第一电压为：当码流为高时，控制开关S闭合，晶体管上流过的第二电流为Ibias1+Ibias2，产生另一个射极-基极电压VBE2，记作第二电压，第二电压为：式中，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电荷，Is为晶体管反向饱和电流；所述第一电压和所述第二电压经过滤波器后得到修正后的等效电压VBE,trim＝γVBE2+(1-γ)VBE1(4)，式中，γ为调制码流的占空比；由公式(2)和(3)可知修正范围为：4.如权利要求3所述的高精度温度传感器误差修正的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈珍珍，夏天，张洪，杨清，
申请(专利权)人：聚辰半导体上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31