单温点温度传感器灵敏度校准制造技术

单温点温度敏感传感器假设所有灵敏度线在绝对零温度下会聚，因此在校准期间仅需要在一个温度下进行测量。传感器输出电压(VTS)由来自镜像电流源(28)的电流产生，其流过一个可变电阻器(38)。在校准期间，调节可变电阻器(38)的电阻(R2)和镜像电流源(28)的镜像比。误差放大器(20)比较由单位电流源(22，26)产生的单位电流产生的电压，以调整单位电流源(22，26)和镜像电流源(28)。每个单位电流流过接地的PNP晶体管(31，32)。可开关的PNP晶体管(33)与一个基极接地PNP晶体管(32)并联，其基极接通和断开以调节PNP电流以进行两次测量。将两次测量之间的差值(DVTS')与校准目标(DVTS)进行比较，以在校准期间单一温度下调整可变电阻器(38)和镜像比率。

Sensitivity calibration of single temperature point temperature sensor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单温点温度传感器灵敏度校准
本专利技术涉及片上温度传感器电路，特别涉及单温点传感器电路。
技术介绍
集成电路(IC)可以在单个芯片上包括数千或数百万个晶体管。这些晶体管的运行可在小区域内产生大量热量。可能会发展为产生损坏IC器件的热点。IC器件的温度可以由片上温度传感器电路监控。当监测的温度超过极限时，例如通过降低工作频率或通过关闭IC器件的部件，来保护IC器件。一旦IC器件冷却，频率可以再增加，或者IC器件的更多部分可以被重新上电。温度传感器电路的温度灵敏度是电路电压与温度(V/T)曲线的斜率。由于增益误差，该温度灵敏度会发生偏移。增益误差可能是由器件不匹配、布局不匹配、DC偏移或其他电路特性引起的。在校准期间，可以在两个或多个温度点测量温度传感器电路的输出电压，以建立电压-温度直线。可以在正常运行期间获得并使用该直线的斜率(以伏特/摄氏度为单位)，以确定对应于传感器电压变化的温度偏移。这种双温点校准是不希望的，因为电路必须在校准期间在两个不同的温度下测量。IC器件必须放置在温度控制室中或以其他方式加热或冷却以获得第二温度测量值。这种加热可能需要10分钟或更长时间。在此加热期间可能会占用昂贵的测试设备，或者可能需要扩展产品测试线，从而增加测试和制造成本。最近，已经使用单温点校准来消除加热延迟时间。假设一个温度点为绝对零度(-273.15℃)，其中温度传感器电路产生一些预先计算的偏移。由于电压与温度线固定在绝对零度，因此只需要一个其他温度点即可确定线的斜率或灵敏度。因此，校准需要仅在1个温度点测量温度传感器电路的输出电压。该测量的温度点可以在室温下，在校准期间不需要温度室。但是，单点温度传感器校准经常遇到相当小的温度感测输出范围。有时温度灵敏度只能在很短的范围内调整。电路中的直流DC偏移会导致灵敏度读数不准确。当第二测量的温度点被错误估计时，会发生校准错误，这会在温度传感器电路中发生设备不匹配时发生。期望有一种单温点温度传感器电路。期望有一种仅在一个温度下测量传感器电路输出的校准方法。期望有一种在很宽的温度范围内调节传感器电路的温度灵敏度的方法。期望有一种消除温度传感器电路中DC偏移的校准方法。附图说明图1是单温点温度传感器电路的示意图。图2是突出三个比例因子的单温点温度传感器电路的示意图。图3是突出显示对温度的各种灵敏度的图表。图4显示接通和断开PNP晶体管如何改变温度灵敏度线。图5突出显示校准的第一步。图6突出显示校准的第二步。图7突出显示校准以外的情况。图8突出显示校准条件。图9A-9C是用于单温点温度传感器电路的校准方法流程图。图10显示一个替代的单温点温度传感器电路。图11是单温点温度传感器电路的更详细的示意图。具体实施方式本专利技术涉及单温点温度传感器电路的改进。以下描述以使本领域普通技术人员能够制造和使用在特定应用及其要求的上下文中所提供的本专利技术。对本领域技术人员而言，对优选实施例的各种修改将是显而易见的，本专利技术定义的一般原理可以应用于其他实施例。因此，本专利技术并非旨在限于所示和所述的特定实施例，而是应被赋予与本专利技术披露的原理和新颖特征一致的最宽范围。图1是单温点温度传感器电路的示意图。电流源22、26具有相同的尺寸并产生相同的电流量。由电流源26产生的电流流过PNP晶体管31的发射极到其接地的集电极，而由电流源22产生的电流流过电阻器30，然后流到PNP晶体管32、33的发射极并流到它们的接地集电极。PNP晶体管32、33并联连接，但具有单独的基极连接。PNP晶体管31、32的基极接地，因此PNP晶体管31、32保持导通并且在正常运行期间将电流从发射极传导到集电极。然而，PNP晶体管33的基极通过开关42、44接通和断开。当开关42断开且开关44闭合时，PNP晶体管33的基极接地，其发射极-基极结正向偏置，接通PNP晶体管33。来自电流源22的电流通过电阻器30，在并联连接的PNP晶体管32、33之间分配。当开关42闭合且开关44断开时，PNP晶体管33的基极被电源驱动至高电平，其发射极-基极结被反向偏置，关闭PNP晶体管33。由于PNP晶体管33关闭，所有的来自电流源22的电流通过电阻器30流过PNP晶体管32。开关42、44中的仅一个在任何时间都是闭合的。使开关42、44中的至少一个断开可防止电源对地短路。误差放大器20比较由每个电路支路中的电流源22、26产生的电压。电流源22和电阻器30之间的电压施加到误差放大器20的非反相(+)输入，而电流源26和PNP晶体管31的发射极之间的电压施加到误差放大器20的反相(-)输入。误差放大器20的输出应用于控制电流源22、26、28。电流源22、26具有相同的尺寸，但是电流源28比电流源22大M倍。因此来自电流源22的电流被镜像并放大到M倍在镜像电流源28中。来自电流源28的该较大电流流过可变电阻器38到地。通过可变电阻器38的M倍电流产生输出温度感测电压VTS。在相同温度下进行两次VTS测量。一次测量使PNP晶体管33导通，另一次测量使PNP晶体管33截止。第一测量VTS1使开关44闭合且开关42断开，使PNP晶体管33的基极接地并将其接通。由于两个PNP晶体管32、33都导通，因此通过电阻器30拉出较高的电流，增加其I-R电压降并增加误差放大器20+输入上的电压，从而驱动误差放大器20的输出更高。误差放大器20的较高输出增加了电流源22、26的电流驱动以进行补偿。误差放大器20的输出使镜像电流源28产生更多电流。通过可变电阻器38的较大的M倍电流增加VTS1。对于第二测量VTS2，开关44断开，开关42闭合，将PNP晶体管33的基极驱动至高电平并将其关断。由于仅PNP晶体管32导通，较小的电流流过电阻器30，减小误差放大器20的+输入上的电压，降低其输出电压。误差放大器20的较低输出电压，导致电流源22、26、28减少电流来补偿。这也导致镜像电流源28产生较小的电流。通过可变电阻器38的较低的M倍电流降低VTS2。当开关44闭合时，计算单元24接收VTS并将VTS存储为VTS1，或者当开关42闭合时，计算单元24接收VTS并将其存储为VTS2。计算单元24计算VTS1和VTS2之间的差值以获得DVTS。在正常运行期间，在查找表(LUT)40中查找DVTS以获得感测的温度T。在校准期间，调节用于可变电阻器38的修整RR_TRIM或用于镜像电流源28的修整M_TRIM，以调整测量的DVTS以匹配DVTS的目标值。图2是突出显示三个比例因子的单温点温度传感器电路的示意图。通过在电路中具有的三个比例因子来改善温度和灵敏度的范围。可以通过修整信号M_TRIM来调整镜像电流源28以改变其电流比例因子M。因此，可以增大或减小M的值。电流源22、26各自具有固定电流值1，因此电流增益为M:1，其中M可通过M_TRIM缩放。同样，可以通过修整信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单温点温度敏感传感器，包括：/n第一双极晶体管，其第一基极控制通过所述第一双极晶体管的电流；/n开关，用于控制所述第一基极以开启和关闭所述第一双极晶体管；/n第二双极晶体管，其第二基极连接到一个使能电压以开启所述第二双极晶体管以传导电流；/n其中所述第一双极晶体管和第二双极晶体管并联连接；/n第三双极晶体管，其第三基极连接到一个使能电压以开启所述第三双极晶体管以传导电流；/n第一电流产生器，其在所述第一双极晶体管被所述开关关闭时，产生第一电流流过所述第二双极晶体管；其中，当所述第一双极晶体管被所述开关开启时，所述第一电流被分流以流过并联的所述第一双极晶体管和第二双极晶体管；所述第一电流产生第一比较电压；/n第二电流产生器，其产生第二电流流过所述第三双极晶体管，以产生第二比较电压；/n误差放大器，其将第一比较电压与第二比较电压进行比较，以产生一个比较输出；/n镜像电流产生器，其产生一个镜像电流，其是所述第一电流的倍数，所述比较输出控制所述镜像电流源以调整所述镜像电流；/n可变电阻器，其产生一个传感器输出，所述镜像电流流过所述可变电阻器以产生所述传感器输出，所述可变电阻器的电阻值通过一个电阻器修整控制信号来选择；/n控制器，其在所述开关开启所述第一双极晶体管时对所述传感器输出进行采样，以获得第一测量；并且当所述开关关闭所述第一双极晶体管时也对所述传感器输出进行采样，以获得第二测量；所述控制器产生所述第一测量和第二测量的一个测量差值；/n由此，在所述第一双极晶体管开启和关闭的情况下，通过测量产生所述测量差值。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190520 US 16/416,3901.一种单温点温度敏感传感器，包括：
第一双极晶体管，其第一基极控制通过所述第一双极晶体管的电流；
开关，用于控制所述第一基极以开启和关闭所述第一双极晶体管；
第二双极晶体管，其第二基极连接到一个使能电压以开启所述第二双极晶体管以传导电流；
其中所述第一双极晶体管和第二双极晶体管并联连接；
第三双极晶体管，其第三基极连接到一个使能电压以开启所述第三双极晶体管以传导电流；
第一电流产生器，其在所述第一双极晶体管被所述开关关闭时，产生第一电流流过所述第二双极晶体管；其中，当所述第一双极晶体管被所述开关开启时，所述第一电流被分流以流过并联的所述第一双极晶体管和第二双极晶体管；所述第一电流产生第一比较电压；
第二电流产生器，其产生第二电流流过所述第三双极晶体管，以产生第二比较电压；
误差放大器，其将第一比较电压与第二比较电压进行比较，以产生一个比较输出；
镜像电流产生器，其产生一个镜像电流，其是所述第一电流的倍数，所述比较输出控制所述镜像电流源以调整所述镜像电流；
可变电阻器，其产生一个传感器输出，所述镜像电流流过所述可变电阻器以产生所述传感器输出，所述可变电阻器的电阻值通过一个电阻器修整控制信号来选择；
控制器，其在所述开关开启所述第一双极晶体管时对所述传感器输出进行采样，以获得第一测量；并且当所述开关关闭所述第一双极晶体管时也对所述传感器输出进行采样，以获得第二测量；所述控制器产生所述第一测量和第二测量的一个测量差值；
由此，在所述第一双极晶体管开启和关闭的情况下，通过测量产生所述测量差值。


2.根据权利要求1所述的单温点温度敏感传感器，还包括：
校准程序，其激活所述控制器以产生所述测量差值，将所述测量差值与目标差值进行比较，并调节所述电阻器修整控制信号以更好地将所述测量差值与所述目标差值进行匹配。


3.根据权利要求2所述的单温点温度敏感传感器，其中所述校准程序重复激活所述控制器以产生所述测量差值，将所述测量差值与所述目标差值进行比较，并调节所述电阻器修整控制信号以更好地将所述测量差值和所述目标差值进行匹配，直到所述测量差值与所述目标差值匹配到所述电阻器修整控制信号的一个设置内。


4.根据权利要求3所述的单温点温度敏感传感器，其中所述第一测量和第二测量在相同温度下采样。


5.根据权利要求4所述的单温点温度敏感传感器，其中，所述单温点温度敏感传感器在校准期间在单一温度点工作；其中所有测量都在校准期间在相同温度下进行。


6.根据权利要求1所述的单温点温度敏感传感器，还包括：
查找表(LUT)，其存储测量差值和相应的温度，每个相应的温度是所述测量差值对应的一个温度；
其中在校准后的正常运行期间，所述控制器产生所述测量差值并将所述测量差值发送到所述LUT以读取所述测量差值的一个相应温度，所述相应温度由所述单温点温度敏感传感器输出作为一个由所述单温点温度敏感传感器检测到的当前温度。


7.根据权利要求6所述的单温点温度敏感传感器，还包括：
模数转换器(ADC)，其将所述传感器输出转换为一个数字值，所述数字值由所述控制器采样，作为所述第一双极晶体管开启时的所述第一测量，以及所述第一双极晶体管关闭时的所述第二测量。


8.根据权利要求3所述的单温点温度敏感传感器，其中所述镜像电流产生器是一个可调电流产生器，其产生一个镜像电流，所述镜像电流是所述第一电流的可变倍数，其中所述可变倍数根据一个镜像比率修整信号而选择；
其中所述校准程序还调节所述镜像比率修整信号以更好地将所述测量差值与所述目标差值进行匹配。


9.根据权利要求3所述的单温点温度敏感传感器，其中所述第一双极晶体管、所述第二双极晶体管和所述第三双极晶体管是PNP晶体管。


10.根据权利要求9所述的单温点温度敏感传感器，其中所述开关将所述第一基极连接到地，以开启所述第一双极晶体管；其中所述使能电压是地电压。


11.一种单温点温度敏感传感器电路，包括：
第一PNP晶体管，其第一基极控制第一发射极和第一集电极之间的电流；
第一开关，其用于使所述第一基极接地，以使所述第一PNP晶体管开启，并将所述第一基极驱动至一个高电压以关闭所述第一PNP晶体管；
第二PNP晶体管，其第二基极接地，以使电流流经第二发射极和第二集电极之间；
第一电阻器，其有第一端和第二端；
其中所述第一发射极和所述第二发射极连接在一起并连接到所述第一电阻器的第二端；
第一电流源，用于产生第一电流，其流入所述第一电阻器的第一端，当所述第一开关关闭所述第一PNP晶体管时，所述第一电流流过所述第一电阻器并流入所述第二PNP晶体管；当所述第一开关开启所述第一PNP晶体管时，所述第一电流流过所述第一电阻器，然后被分流流过并联的所述第一PNP晶体管和所述第二PNP晶体管；
第三PNP晶体管，其第三基极接地，以使电流流过第三发射极和第三集电极之间；
第二电流源，用于产生第二电流，其与所述第一电流具有实质上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊辉，王大彦，蔡光杰，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81