一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置及其方法，包含第一电流源、第二电流源、第三电流源、双极型晶体管、运算器和模拟数字转换器，第一电流源的输出端、第二电流源的输出端和第三电流源的输出端分别与双极型晶体管的发射极连接，运算器的输入端与双极型晶体管的发射极连接并将三个电流源加载在双极型晶体管发射极，依次产生三个电压信号，赋与权重值后求和输出，运算器的输出端与模拟数字转换器连接。本发明专利技术抑制了BJT寄生电阻造成的输入电压误差，提高了温度测量的精度。提高了温度测量的精度。提高了温度测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置及其方法


[0001]本专利技术涉及一种温度测量装置及其方法，特别是一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置及其方法，属于半导体集成电路领域。

技术介绍

[0002]温度传感器广泛应用于仪器仪表和控制系统中。在许多应用中，将温度传感器和接口电子器件组合在单个芯片上，用低成本的标准CMOS工艺制造，这种温度传感器芯片具备功耗低，成本低，高精度等优势。
[0003]在现有技术中，大多数温度传感器芯片大多是基于双极型晶体管的温度特性来进行设计的。先前的技术使用一些动态失调校准，包括自归零技术，内嵌斩波器技术来减小读出电路中运算放大器失调造成的温度测量误差。也有使用曲率校正技术来减小双极型晶体管非线性造成的温度测量误差。
[0004]这些技术都能够降低温度测量误差，但是都忽略双极型晶体管的寄生电阻所带来的温度测量误差，尤其是测量外部BJT的应用场景，双极型晶体管的发射极会有很长的走线电阻，会更加恶化温度的测量精度。
[0005]温度传感器大多数都是的原理如图3所示，包含第一电流源、第二电流源、双极型晶体管、减法器和模拟数字转换器(ADC)。具体工作原理分为两个阶段。
[0006]第一个阶段：第一电流源打开，I1＝NI
BIAS
流入双极型晶体管发射级，得到双极型晶体管此时发射极和基级电压差V
BE1
；
[0007][0008]其中，K是玻尔兹曼常数，T是温度，q是电子电荷量，I
s
是饱和电流，I
>BIAS
是偏置电流，N为常数。
[0009]第二个阶段：第二电流源打开，I2＝I
EIAS
流入到双极型晶体管发射级，得到双极型晶体管此时发射极和基级电压差V
BE2
；
[0010][0011]通过减法器将V
Bz2
和V
BE1
进行相减得到ADC的输入ΔV
BE
，
[0012][0013]ΔV
BE
是一个只与温度相关的模拟电压量，ADC通过量化ΔV
BE
进而得到当前温度值。
[0014]然而公式(3)没有考虑双极型晶体管的寄生电阻，尤其是当测量外部BJT时，会存在很长的PCB走线，会在BJT的发射极引入相当大的寄生电阻，如图4所示，寄生电阻的存在会直接影响到ADC的输入电压ΔV
BE
，实际ADC的输入电压ΔV
meas
；
[0015]ΔV
meas
＝ΔV
BE
+(N
‑
1)I
BIas
R
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0016]公式(4)的第二项会造成很大的温度测量误差，定义e
R
为寄生电阻造成的温度误差，得到公式：
[0017][0018]如果I
BIAS
＝10uA，N＝10，1欧姆的电阻就会造成0.5℃的温度误差。

技术实现思路

[0019]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置及其方法，消除BJT寄生电阻对温度测量的误差影响。
[0020]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0021]一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置，包含第一电流源、第二电流源、第三电流源、双极型晶体管、运算器和模拟数字转换器，第一电流源的输出端、第二电流源的输出端和第三电流源的输出端分别与双极型晶体管的发射极连接，运算器的输入端与双极型晶体管的发射极连接并将三个电流源加载在双极型晶体管发射极，依次产生三个电压信号，赋与权重值后求和输出，运算器的输出端与模拟数字转换器连接。
[0022]进一步地，所述双极型晶体管的基极和集电极接地。
[0023]进一步地，所述第一电流源的输出端串联有一个第一开关，第二电流源的输出端串联有一个第二开关，第三电流源的输出端串联有一个第三开关，第一开关、第二开关和第三开关的输出端与双极型晶体管的发射极连接。
[0024]进一步地，所述第一电流源、第二电流源、第三电流源均由电源VDD供能。
[0025]进一步地，所述运算器包含第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和加法器，第一乘法器的输入端输入第一电流源加载在双极型晶体管发射极上的第一测量电压，第二乘法器的输入端输入第二电流源加载在双极型晶体管发射极上的第二测量电压，第三乘法器的输入端输入第三电流源加载在双极型晶体管发射极上的第三测量电压，第一乘法器、第二乘法器和第三乘法器的输出端均与加法器的输入端连接。
[0026]进一步地，所述第一乘法器的系数为a，第二乘法器的系数为b，第三乘法器的系数为c，并且a+b+c＝0。
[0027]进一步地，所述第二电流源的电流大小是第一电流源的N倍，第三电流源的电流大小是第一电流源的M倍，并且a+bN+cM＝0。
[0028]一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置的温度测量方法，包含以下步骤：
[0029]第一电流源的电流是I
BIAS
，流入到双极型晶体管的发射极，产生电压V
meas1
；
[0030][0031]其中，β是双极型晶体管的放大倍数，I
BIAS
是偏置电流，R
B
是双极型晶体管基极的寄生电阻，R
E
是双极型晶体管集电极的寄生电阻，是第一电流源加载时双极型晶体管的基级发射极电压差；
[0032]第二电流源的电流是NI
BIAS
，流入到双极型晶体管的发射极，产生电压V
meas2
；
[0033][0034]其中，N是常数，是第二电流源加载时双极型晶体管的基级发射极电压差；
[0035]第三电流源的电流是MI
BIAS
，流入到双极型晶体管的发射极，产生电压V
meas3
；
[0036][0037]其中，M是常数，是第三电流源加载时双极型晶体管的基级发射极电压差
[0038]通过运算器对V
meas1
、V
meas2
、V
meas3
进行权重赋值并相加得到最终的测量电压V
meas
；
[0039][0040]其中，a是电压V
meas1
的权重赋值，b是电压V
meas2
的权重赋值，c是电压V
meas3
的权重赋值，
[0041]为了消除寄生电阻R
B
、R
E
和ln项的影响，令
[0042]a+bN+cM＝0
[0043]a+b+c＝0
[0044]可得
[0045][0046]最后得到V
meas
不包含任何寄生电阻相关项，消除BJT寄生电阻对温度传感器造成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置，其特征在于：包含第一电流源、第二电流源、第三电流源、双极型晶体管、运算器和模拟数字转换器，第一电流源的输出端、第二电流源的输出端和第三电流源的输出端分别与双极型晶体管的发射极连接，运算器的输入端与双极型晶体管的发射极连接并将三个电流源加载在双极型晶体管发射极，依次产生三个电压信号，赋与权重值后求和输出，运算器的输出端与模拟数字转换器连接。2.根据权利要求1所述的一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置，其特征在于：所述双极型晶体管的基极和集电极接地。3.根据权利要求1所述的一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置，其特征在于：所述第一电流源的输出端串联有一个第一开关，第二电流源的输出端串联有一个第二开关，第三电流源的输出端串联有一个第三开关，第一开关、第二开关和第三开关的输出端与双极型晶体管的发射极连接。4.根据权利要求1所述的一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置，其特征在于：所述第一电流源、第二电流源、第三电流源均由电源VDD供能。5.根据权利要求1所述的一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置，其特征在于：所述运算器包含第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和加法器，第一乘法器的输入端输入第一电流源加载在双极型晶体管发射极上的第一测量电压，第二乘法器的输入端输入第二电流源加载在双极型晶体管发射极上的第二测量电压，第三乘法器的输入端输入第三电流源加载在双极型晶体管发射极上的第三测量电压，第一乘法器、第二乘法器和第三乘法器的输出端均与加法器的输入端连接。6.根据权利要求1所述的一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置，其特征在于：所述第一乘法器的系数为a，第二乘法器的系数为b，第三乘法器的系数为c，并且a+b+c＝0。7.根据权利要求1所述的一种消除BJT寄生电阻的温度测量装置，其特征在于：所述第二电流源的电流大小是第一电流源的N倍，第三电流源的电流大小是第一电流源的M倍，并且a+b...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉宇，靳瑞英，管锐，
申请(专利权)人：上海帝迪集成电路设计有限公司，
类型：发明
国别省市：