一种用于压力传感器的温度补偿电路及其模拟结果的量化方法及其温度传感器工作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于压力传感器的温度补偿电路及其模拟结果的量化方法及其温度传感器工作方法，补偿电路包括温度传感器、信号积分模块、算法A/D模块、数字信号处理模块，温度传感器的输出连接信号积分模块的输入，所述温度传感器包含开关和器件动态匹配模块；信号积分模块的输出一方面连接温度传感器的输入，另一方面连接算法A/D模块的输入；算法A/D模块的输出一方面连接数字信号处理模块的输入，另一方面反馈至算法A/D模块的求和模块；数字信号处理模块输出信号。本文所提技术极大拓宽了工作温度范围，较好的控制了功耗，降低了成本，综合了∑△A/D转换器精度高和算法A/D转换器计算速度快的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于MEMS汽车传感器
，具体涉及一种用于压力传感器的温度补偿技术。
技术介绍
汽车用MEMS压力传感器由于其温度的非线性需要基于当前温度对压力数据进行补偿,线性温度传感器在汽车压力传感器中应用时,主要存在如下问题：一是应用场合工作温度宽,片上集成的温度传感器很难在整个范围内保持数据准确，导致在极高或极低温度时测量误差过大，根据不同应用，会引起汽车对进气量或者油压检测的错误，进而产生积碳、死火、动力下降或者刹车失灵等问题；二是应用场合要求不断降低功耗，本设计通过与压力传感器协同设计，使压力传感器和温度传感器共享某些模块，降低了整体的功耗；三是车用压力传感器对其中解调电路的成本要求很苛刻，需要温度传感器的面积不断降低；四是应用场合需要温度传感器响应速度提高。
技术实现思路
本专利技术未解决
技术介绍
中存在的问题，提出一种用于压力传感器的温度补偿电路及其模拟结果的量化方法及其温度传感器工作方法。技术方案：本专利技术公开了一种用于压力传感器的温度补偿电路，它包括温度传感器、信号积分模块、算法A/D模块、数字信号处理模块，温度传感器的第一输入端接信号积分模块的输出，温度传感器的第二输入端接电源地，根据整体模块是在进行一阶IncrementalΣ△ADC的操作还是在进行量化噪声的重采样决定温度传感器的输入选择信号积分模块的输出还是电源地；温度传感器的输出连接信号积分模块的输入，所述温度传感器包含开关和器件动态匹配模块；信号积分模块的输出一方面连接温度传感器的输入，另一方面连接算法A/D模块的输入；算法A/D模块的输出一方面连接数字信号处理模块的输入，另一方面反馈至算法A/D模块的求和模块，通过算法A/D模块进行模拟信号的量化；数字信号处理模块输出信号，数字信号处理模块实现三方面功能：一是控制温度传感器中的开关和器件动态匹配模块的工作，利用斩波和器件动态匹配技术降低了温度参考电压的失调误差、失调误差的温漂、低频闪烁噪声和器件间的失配误差；二是控制信号积分模块中相关双采样的时序，使用相关双采样技术降低了反馈电压共模变化对输出差模信号的影响；三是控制温度传感器的输入选择，存储算法A/D模块的输出，实现对一阶∑△ADC残余量化噪声重新采样的操作，可以在保持较高整体精度的同时极大的降低抽取率，从而缩短温度传感器的响应时间。优选的，所述温度传感器包括两个比例恒流源、开关和器件动态匹配模块、两个比例PNP晶体管、两个反馈开关，温度传感器的第一输入端分别连接两个比例恒流源；两个比例恒流源经过开关和器件动态匹配模块连接于两个比例PNP晶体管的激励端，实现根据反馈的信号输出正温度系数电压或者负温度系数电压的功能；开关和器件动态匹配模块通过动态随机选择电流流过的路径，降低温度参考电压的失调误差、失调误差的温漂、低频闪烁噪声和器件间的失配误差；开关和器件动态匹配模块还包括三个输入端，分别为第i个时钟周期结束时算法A/D模块的数字输出Di、第一相位φ1、第二相位φ2；所述两个反馈开关分别连接在两个比例PNP晶体管的发射极和集电极之间；两个比例PNP晶体管的基极和集电极均接于电源地。优选的，所述信号积分模块包括顺次连接的采样保持模块、求和模块、倍增模块、积分模块。优选的，所述信号积分模块的具体电路包括采样电容、反馈电容、运放电路，采样电容为四个，每组两个以并联形式接于温度传感器的输出与运放电路的输入之间，在每组中的一个支路上连接采样开关；反馈电容为两个，分别连接在运放电路的正输入与负输出、负输入与正输出之间；其中：采样电容配合采样开关构成所述采样保持模块；采样电荷与反馈电荷在采样电容上极板的相加构成所述求和模块；反馈电容配合运放电路共同构成所述倍增模块和积分模块。优选的，所述算法A/D模块采用双阈值比较器构成，重采样时，比较器的输入失调电压不会被∑△ADC调制，而是直接影响输出结果，所以采用双阈值比较器构成算法A/D模块来降低比较器对精度的影响。本专利技术还公开了一种用于压力传感器的温度补偿电路模拟结果的量化方法，它在温度传感器、信号积分模块、算法A/D模块、数字信号处理模块复位的头N个周期使温度传感器的转换器工作在一阶∑△ADC采样的模式，N个周期后由算法A/D模块进行采样；以此来提高整体转换速率，同时保证精度，两种模式的切换通过温度传感器中的MUX以及时序控制实现。优选的，它包括以下步骤：步骤一：温度传感器、信号积分模块、算法A/D模块、数字信号处理模块复位，将温度传感器的输入选择为第一输入端，即信号积分模块的输出送给温度传感器的输入；当温度传感器的转换器工作在头N个周期结束时，积分模块的输出电压VN为： V N = V 0 + [ N · V i n - V r e f · ( Σ i = 0 N - 1 D i ) ] · K - - - ( 1 ) ]]>其中：Vin为输入电压，V0为开始转换前的复位相的积分模块的输出电压，Vref为温度传感器反馈的参考电压，Di为第i个时钟周期结束时算法A/D模块的数字输出，K为倍增模块的增益，N为积分周期；在复位相令V0＝0，D0＝0，则： V N = [ N · V i n - V r e f · ( Σ i = 1 N - 1 D i ) ] · K - - - ( 2 ) ]]>在第N+1个周期时，令采样相的输入电压Vin为零，由式(2)可得： V N + 1 = [ N · V i n - V r e f · ( 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于压力传感器的温度补偿电路，其特征在于它包括温度传感器(1)、信号积分模块(2)、算法A/D模块(3)、数字信号处理模块(4)，温度传感器(1)的第一输入端接信号积分模块(2)的输出，温度传感器(1)的第二输入端接电源地；温度传感器(1)的输出连接信号积分模块(2)的输入，所述温度传感器(1)包含开关和器件动态匹配模块(6)；信号积分模块(2)的输出一方面连接温度传感器(1)的输入，另一方面连接算法A/D模块(3)的输入；算法A/D模块(3)的输出一方面连接数字信号处理模块(4)的输入，另一方面反馈至算法A/D模块(3)的求和模块(10)；数字信号处理模块(4)输出信号。

【技术特征摘要】
2016.03.15 CN 20161014610421.一种用于压力传感器的温度补偿电路，其特征在于它包括温度传感器(1)、信号积分模块(2)、算法A/D模块(3)、数字信号处理模块(4)，温度传感器(1)的第一输入端接信号积分模块(2)的输出，温度传感器(1)的第二输入端接电源地；温度传感器(1)的输出连接信号积分模块(2)的输入，所述温度传感器(1)包含开关和器件动态匹配模块(6)；信号积分模块(2)的输出一方面连接温度传感器(1)的输入，另一方面连接算法A/D模块(3)的输入；算法A/D模块(3)的输出一方面连接数字信号处理模块(4)的输入，另一方面反馈至算法A/D模块(3)的求和模块(10)；数字信号处理模块(4)输出信号。2.根据权利要求1所述的一种用于压力传感器的温度补偿电路，其特征在于所述温度传感器(1)包括两个比例恒流源(5)、开关和器件动态匹配模块(6)、两个比例PNP晶体管(7)、两个反馈开关(8)，温度传感器(1)的第一输入端分别连接两个比例恒流源(5)；两个比例恒流源(5)经过开关和器件动态匹配模块(6)连接于两个比例PNP晶体管(7)的激励端；开关和器件动态匹配模块(6)还包括三个输入端，分别为第i个时钟周期结束时算法A/D模块(3)的数字输出Di、第一相位φ1、第二相位φ2；所述两个反馈开关(8)分别连接在两个比例PNP晶体管(7)的发射极和集电极之间；两个比例PNP晶体管(7)的基极和集电极均接于电源地。3.根据权利要求1所述的一种用于压力传感器的温度补偿电路，其特征在于所述信号积分模块(2)包括顺次连接的采样保持模块(9)、求和模块(10)、倍增模块(11)、积分模块(12)。4.根据权利要求3所述的一种用于压力传感器的温度补偿电路，其特征在于所述信号积分模块(2)的具体电路包括采样电容(13)、反馈电容(14)、运放电路(15)，采样电容(13)为四个，每组两个以并联形式接于温度传感器(1)的输出与运放电路(15)的输入之间，在每组中的一个支路上连接采样开关；反馈电容(14)为两个，分别连接在运放电路(15)的正输入与负输出、负输入与正输出之间；其中：采样电容(13)配合采样开关构成所述采样保持模块(9)；采样电荷与反馈电荷在采样电容(13)上极板的相加构成所述求和模块(10)；反馈电容(14)配合运放电路(15)共同构成所述倍增模块(11)和积分模块(12)。5.根据权利要求1所述的一种用于压力传感器的温度补偿电路，其特征在于所述算法A/D模块(3)采用双阈值比较器构成。6.一种用于压力传感器的温度补偿电路模拟结果的量化方法，其特征在于它在温度传感器(1)、信号积分模块(2)、算法A/D模块(3)、数字信号处理模块(4)复位的头N个周期使温度传感器(1)的转换器工作在一阶∑△ADC采样的模式，N个周期后由算法A/D模块(3)进行采样。7.根据权利要求6所述的一种用于压力传感器的温度补偿电路模拟结果的量化方法，其特征在于它包括以下步骤：步骤一：温度传感器(1)、信号积分模块(2)、算法A/D模块(3)、数字信号处理模块(4)复位，将温度传感器(1)的输入选择为第一输入端，即信号积分模块(2)的输出送给温度传感器(1)的输入；当温度传感器(1)的转换器工作在头N个周期结束时，积分模块(12)的输出电压VN为： V N = V 0 + [ N · V i n - V r e f · ( Σ i = 0 N - 1 D i ) ] · K - - - ( 1 ) ]]>其中：Vin为输入电压，V0为开始转换前的复位相的积分模块(12)的输出电压，Vref为温度传感器(1)反馈的参考电压，Di为第i个时钟周期结束时算法A/D模块(3)的数字输出，K为倍增模块(11)的增益，N为积分周期；在复位相令V0＝0，D0＝0，则： V N = [ N · V i n - V r e f · ( Σ i = 1 N - 1 D i ) ] · K - - - ( 2 ) ]]>在第N+1个周期时，令采样相的输入电压Vin为零，由式(2)可得： V N + 1 = [ N · V i n - V r e f · ( Σ i = 1 N D i ) ] · K - - - ( 3 ) ]]>所以： V i n V r e f = Σ i = 1 N D i N + V N + 1 K · V r e f · N - - - ( 4 ) ]]>由式(4)可知，N个周期的数字输出的算术平均值用来表示输入电压Vin的大小，误差为： V N + 1 K · V r e f · N - - - ( 5 ) ; ]]>步骤二：对N个周期后的量化误差VN+1用算法A/D模块(3)继续采样；步骤三：在数字信号处理模块(4)中将步骤二得到的结果拼接到步骤一结果的低位。8.根据权利要求7所述的一种用于压力传感器的温度补偿电路模拟结果的量化方法，其特征在于数字信号处理模块(4)中的采样电容(13)容抗为CS，反馈电容(14)容抗为Ci，倍增模块(11)的增益K＝Cs/Ci。9.一种用于压力传感器的温度补偿电路的温度传感器工作方法，其特征在于它包括以下步骤：步骤一：一阶∑△ADC采样：反馈电压为+Vref和-Vref的情况下，如式(3)所示： V N + 1 = [ N · V i n - V r e f · ( Σ i = 1 N D i ) ] · K - - - ( 3 ) ]]>其中：Vin为输入电压，Vref为温度传感器(1)反馈的参考电压，Di为第i个时钟周期结束时算法A/D模块(3)的数字输出，K为倍增模块(11)的增益，N为积分周期；所以： V i n V r e f = Σ i = 1 N D i N + V N + 1 K · V r e f · N - - - ( 4 ) ]]>令Di为1时，Di*Vref＝Vbe，Di为0时，Di*Vref＝-aΔVbe，Vbe为两个比例PNP晶体管(7)的基极与发射极电压，那么： Σ i = 1 N D i · V r e f = P · V b e - ( N - P ) · a · Δ V b e - - - ...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅端端，王一丰，朱建标，
申请(专利权)人：菅端端，王一丰，朱建标，
类型：发明
国别省市：北京;11