一种温度传感器及温度检测方法技术

本发明专利技术提供一种温度传感器及温度检测方法，包括：正温度系数电流产生模块；负温度系数电流产生模块；将正温度系数电流与负温度系数电流相减后得到检测电压的检测电压产生模块；增大所述检测电压的摆幅的输出电压调整模块。本发明专利技术的温度传感器及温度检测方法的输出电压的敏感度高；可通过可调阻抗来调节输出电压的直流电平线性；输出电压随温度变化的摆幅大；适用于CMOS片上系统。

【技术实现步骤摘要】
一种温度传感器及温度检测方法
本专利技术涉及传感器检测领域，特别是涉及一种温度传感器及温度检测方法。
技术介绍
温度是一个基本的物理现象，它是生产过程中应用最普通、最重要的工艺参数，无论是工农业生产，还是科学研究和国防现代化，都离不开温度测量，因此，在各种传感器中，温度传感器是应用最广泛的一种。集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是在PN结温度传感器的基础上发展起来的，具有体积小，稳定性高、价格低廉等特点。目前，CMOS集成温度传感器的主要实现方式包括：基于MOS管的温度传感器以及基于CMOS工艺下的寄生双极型晶体管(BJT)的CMOSBJT温度传感器。常见的基于MOS管的温度特性实现温度传感器的方法有两种：1)利用处于亚阈值状态的MOS管的漏源电流具有与绝对温度成正比(PTAT)的特性来实现温度传感。由于MOS管在高温情况下，其自身的泄漏电流非常明显，使得高温下处于亚阈值状态下的MOS管的漏源电流所具有的PTAT特性受到严重影响，因此利用MOS管的亚阈值电流的PTAT特性的这种方法来实现的温度传感器的测温范围不能太宽，否则会严重影响其测温精度；2)利用强反型状态下MOS管中的载流子迁移率以及阈值电压依赖于温度这样的温度特性来实现温度传感器。这种方法的优点是温度精度很好，主要缺点在于受工艺波动的影响较大，在高性能要求时必须有大范围的微调和校准工作。CMOSBJT温度传感器是利用CMOS工艺下的寄生双极型晶体管产生正比于温度的电压特性来实现温度的检测。相比于MOS温度传感器，该结构线性度较好且工艺稳定。如图1所示为常用COMS温度传感器1的电路结构，包括：PNP型三极管与电流源Is串联；缓冲器11的正向输入端连接所述PNP型三极管的发射极，所述缓冲器11的反向输入端与输出端相连，所述缓冲器11的输出端作为所述COMS温度传感器的电路结构1的输出端。输出电压Vout满足：其温度敏感度仅仅由PN结的正向导通电压的温度系数决定，很难提高其温度敏感度。对高精度的温度传感器而言，如何将温度传感器的温度敏感度使用电阻比值、电流镜比值等方式设置，进而提高温度敏感度已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
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温度传感器及温度检测方法，用于解决现有技术中温度敏感度低，难于提高的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种温度传感器，所述温度传感器至少包括：正温度系数电流产生模块，用于产生正温度系数的电流；负温度系数电流产生模块，用于产生负温度系数的电流；检测电压产生模块，接收所述正温度系数的电流及所述负温度系数的电流，并将所述正温度系数的电流与所述负温度系数的电流相减后得到检测电压，所述检测电压与待测温度成正比；输出电压调整模块，连接所述检测电压产生模块，用于增大所述检测电压的摆幅，进而得到大摆幅的输出电压。优选地，所述正温度系数电流产生模块包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管及第一放大器；所述第一PMOS管的源端连接电源电压、漏端依次经过所述第一电阻及所述第一三极管后接地；所述第二PMOS管的源端连接电源电压、漏端依次经过所述第二电阻及所述第二三极管后接地；所述第一放大器的输入端分别连接所述第一PMOS管的漏端及所述第二电阻与所述第二三极管的连接节点、输出端连接所述第一PMOS管、所述第二PMOS管及所述第三PMOS管的栅端；所述第三PMOS管的源端连接电源电压、漏端作为所述正温度系数电流产生模块的输出端。更优选地，所述第一三极管及所述第二三极管为PNP型三极管；所述第一三极管的发射极连接所述第一电阻，所述第一三极管的基极与所述第一三极管的集电极连接后接地；所述第二三极管的发射极连接所述第二电阻，所述第二三极管的基极与所述第二三极管的集电极连接后接地。更优选地，所述第一三极管及所述第二三极管为NPN型三极管；所述第一三极管的集电极与基极连接所述第一电阻，所述第一三极管的发射极接地；所述第二三极管的集电极与基极连接所述第二电阻，所述第二三极管的发射极接地。更优选地，所述负温度系数电流产生模块包括第二放大器、NMOS管及第三电阻；所述第二放大器的输入端分别连接所述第一三极管与所述第一电阻的连接节点及所述NMOS管的源端、输出端连接所述NMOS管的栅端，所述NMOS管的源端经过所述第三电阻后接地，所述NMOS管的漏端作为所述负温度系数电流产生模块的输出端；或，所述第二放大器的输入端分别连接所述第二三极管与所述第二电阻的连接节点及所述NMOS管的源端、输出端连接所述NMOS管的栅端，所述NMOS管的源端经过所述第三电阻后接地，所述NMOS管的漏端作为所述负温度系数电流产生模块的输出端。优选地，所述输出电压调整模块包括第三放大器、第四电阻、第五电阻及第六电阻；所述第四电阻的一端连接所述检测电压、另一端连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接所述第六电阻的一端、所述第六电阻的另一端接地，所述第三放大器的输入端分别连接一参考电压及所述第五电阻与所述第六电阻的连接节点，输出端连接于所述第四电阻及所述第五电阻之间。更优选地，所述参考电压为与温度无关的基准电压。更优选地，所述第六电阻为可变电阻，用于调节所述输出电压的绝对值。优选地，所述温度传感器还包括连接于所述输出电压调整模块输出端的模数转换模块，所述模数转换模块为逐次逼近式模数转换模块。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种温度检测方法，所述温度检测方法至少包括：产生一正温度系数电流，所述正温度系数电流随待测温度的增加而增加；产生一负温度系数电流，所述负温度系数电流随待测温度的增加而减小；将所述正温度系数电流与所述负温度系数电流相减后得到检测电压，所述检测电压与所述待测温度成正比；增大所述检测电压的摆幅，得到输出电压。优选地，当所述正温度系数电流大于所述负温度系数电流时，从输出端吸收电流；当所述正温度系数电流小于所述负温度系数电流时，向输出端提供电流；进而增大输出电压的摆幅。优选地，所述输出电压满足如下关系式：其中，Vout为输出电压，VREF为参考电压，R5为第五电阻，R6为第六电阻，ΔVBE为正温度系数电压，R1为所述正温度系数电流流过的阻抗，N为所述正温度系数电流的放大倍数，VBE为负温度系数电压，R3为所述负温度系数电流流过的阻抗，R4为所述正温度系数电流与所述负温度系数电流的差值流过的阻抗。更优选地，通过调节所述第六电阻的阻值以调节所述输出电压的绝对值，进而对温度进行校正。更优选地，所述参考电压为与温度无关的基准电压。优选地，所述输出电压随温度变化的敏感度满足如下关系：其中，S为所述输出电压的敏感度，n为产生所述正温度系数电流的两个三极管的发射结面积比，k为波尔兹曼常数，R1为所述正温度系数电流流过的阻抗，q为电子的电荷量，N为所述正温度系数电流的放大倍数，R4为所述正温度系数电流与所述负温度系数电流的差值流过的阻抗，Ic为产生负温度系数的三极管的集电极电流，Is为产生负温度系数的三极管的反向饱和电流，R3为所述负温度系数电流流过的阻抗。优选地，所述温度检测方法还包括：将所述输出电压转化为数字信号。如上所述，本专利技术的温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度传感器，其特征在于，所述温度传感器至少包括：正温度系数电流产生模块，用于产生正温度系数的电流；负温度系数电流产生模块，用于产生负温度系数的电流；检测电压产生模块，接收所述正温度系数的电流及所述负温度系数的电流，并将所述正温度系数的电流与所述负温度系数的电流相减后得到检测电压，所述检测电压与待测温度成正比；输出电压调整模块，连接所述检测电压产生模块，用于增大所述检测电压的摆幅，进而得到大摆幅的输出电压。

【技术特征摘要】
1.一种温度传感器，其特征在于，所述温度传感器至少包括：正温度系数电流产生模块，用于产生正温度系数的电流；负温度系数电流产生模块，用于产生负温度系数的电流；检测电压产生模块，接收所述正温度系数的电流及所述负温度系数的电流，并将所述正温度系数的电流与所述负温度系数的电流相减后得到检测电压，所述检测电压与待测温度成正比；输出电压调整模块，连接所述检测电压产生模块，用于增大所述检测电压的摆幅，进而得到大摆幅的输出电压。2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于：所述正温度系数电流产生模块包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管及第一放大器；所述第一PMOS管的源端连接电源电压、漏端依次经过所述第一电阻及所述第一三极管后接地；所述第二PMOS管的源端连接电源电压、漏端依次经过所述第二电阻及所述第二三极管后接地；所述第一放大器的输入端分别连接所述第一PMOS管的漏端及所述第二电阻与所述第二三极管的连接节点、输出端连接所述第一PMOS管、所述第二PMOS管及所述第三PMOS管的栅端；所述第三PMOS管的源端连接电源电压、漏端作为所述正温度系数电流产生模块的输出端。3.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于：所述第一三极管及所述第二三极管为PNP型三极管；所述第一三极管的发射极连接所述第一电阻，所述第一三极管的基极与所述第一三极管的集电极连接后接地；所述第二三极管的发射极连接所述第二电阻，所述第二三极管的基极与所述第二三极管的集电极连接后接地。4.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于：所述第一三极管及所述第二三极管为NPN型三极管；所述第一三极管的集电极与基极连接所述第一电阻，所述第一三极管的发射极接地；所述第二三极管的集电极与基极连接所述第二电阻，所述第二三极管的发射极接地。5.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于：所述负温度系数电流产生模块包括第二放大器、NMOS管及第三电阻；所述第二放大器的输入端分别连接所述第一三极管与所述第一电阻的连接节点及所述NMOS管的源端、输出端连接所述NMOS管的栅端，所述NMOS管的源端经过所述第三电阻后接地，所述NMOS管的漏端作为所述负温度系数电流产生模块的输出端；或，所述第二放大器的输入端分别连接所述第二三极管与所述第二电阻的连接节点及所述NMOS管的源端、输出端连接所述NMOS管的栅端，所述NMOS管的源端经过所述第三电阻后接地，所述NMOS管的漏端作为所述负温度系数电流产生模块的输出端。6.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于：所述输出电压调整模块包括第三放大器、第四电阻、第五电阻及第六电阻；所述第四电阻的一端连接所述检测电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王粲，刘军，苏秀敏，彭科，
申请(专利权)人：芯原微电子上海有限公司，芯原微电子北京有限公司，芯原微电子成都有限公司，芯原控股有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31