【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子电路，具体地，涉及一种数字域校正温度传感器的电路优化方法和系统。
技术介绍
1、温度传感器芯片广泛应用于生活，包括各类电子产品，手机，服务器，温度枪，空调，医疗设备等等；因为场景诸多不同，不同的应用场景对于温度的精度要求就会不同，针对于高精度应用的场景，需要提供高精度的优化技术来实现高精度的温度传感，因此，对于高精度的需求在不断提高，也需要更多的高精度技术提出并实现。
2、如图1，传统的温度传感器通过放大了a倍的dvbe同时结合数字域控制输出的周期来实现vref的产生，最终实现了两者的比例和温度的正相关特性，最终转化得到了输出温度；这个a倍一般采用模拟域的开关电容或者电阻比例来实现，由于trim电容会采用相对较小的单位电容，因此单位面积小的电容可能带来较大的失配；同时还有运放的本身的增益有限性导致的非线性误差，以及建立保持的精度问题和电荷共享开关漏电等诸多问题。
3、专利文献cn115514366a(申请号：cn202211420962.3)公开了一种温度传感器中单转双驱动电路的时序控制优化方法，属于温度传感器电力设计
，该温度传感器芯片包括：温度转单端电压电路，操作于将温度传感器检测的温度转换为单端电压；单转双驱动电路，与温度转单端电压电路相连接，操作于将单端电压转双端电压；adc电路，与单转双驱动电路相连接，操作于将电压信号转成数字信号；ldo电路，与adc电路相连接，操作于给adc电路进行供电。然而该专利无法解决目前存在的技术问题。
技术实现思路<
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种数字域校正温度传感器的电路优化方法和系统。
2、根据本专利技术提供的数字域校正温度传感器的电路优化方法，包括：
3、步骤1：将负温度系数的电压vbep和vben通过开关时序控制，产生对应的负温度系数vbep电压和正温度系数dvbe电压输出到sigam-delt adc的核心电路ota的输入；
4、步骤2：通过开关采样电路，积分产生vintx然后输入到比较器cmp，得到最终的adc输出，再经过数字域反馈回模拟域控制开关逻辑。
5、优选的，dvbe以及其对温度的导数较小，需要多次周期转换，或者使用一次高倍数的电容比例来实现一次转换，因此t0周期为vbe的转换周期，t0＝1，t1为dvbe的转换周期，t1≥1，其中，t0+t1＝u；
6、vbe和dvbe的倍率关系根据实际的工艺确定，温度转换需要经过u个完整周期叠加实现产生vref，通过数字控制产生dvbe和vbep的比例等效到ota输入，同时与vbep等比例的输出给ota，最终经过数字域处理，得到输出的数字温度dout。
7、优选的，通过bandgap电路产生ptat电流i0，将ptat电流通过mp0镜像到mp1和mp2上，个数比例为mp0:mp1:mp2＝1：1：n；由此三路的电流比例为1：1：n，流过三极管q0、q1的电流比例为1：n；
8、由于q0、q1的个数比例为1，因此分别得到负温度系数的电压vbep和vben，并且vbep经过开关逻辑放大之后，与vben叠加产生一个与温度无关的基准电压vref，如公式(1)；
9、vref＝a*vbep+vben (1)
10、同时产生ptat电压dvbe，如公式(2)；
11、
12、其中vbep和vben表达式如公式(3)和公式(4)；
13、
14、
15、经过sigma-delta adc转换a*dvbe和vref电压的比例，得到一个数字温度dout，如公式(5)；
16、
17、其中，a为模拟域实现的比例系数；k为玻尔兹曼常数；t为温度；q为一个电子的电荷量；is为三极管饱和电流；k1、k2分别为温度转换器的斜率和偏差值。
18、优选的，采用全差分的sigma-delta adc，初始状态设置为ota两端输入信号0，共模为vcm，此时比较器的结果不计入数字域，当第一个大周期u来时，强制将ota输入通过开关逻辑得到ota正端为vcm-vbep和负端vcm+vbep，此时t0周期为-vbep操作，数字域用一个24bit寄存器ctrl_vbep[23:0]计入一个值p，用另一个24bit寄存器ctrl_tpq[23:0]计入一个值w，同时ota积分之后由比较器得到结果为0，反馈到数字控制开关逻辑产生一个+dvbe的操作，数字域用一个24bit寄存器ctrl_dvbe[23:0]计入一个值r；
19、由此通过开关逻辑得到ota正端为vcm-vbep+dvbe和负端vcm+vbep-dvbe，如果此时比较器结果仍然为0，则继续进行+dvbe操作，直到第x个周期，刚好满足公式(6)或(7)；
20、vcm≥vcm+vbep-x*dvbe≥vcm-0.5*dvbe (6)
21、vcm+0.5*dvbe≥vcm+vbep-x*dvbe≥vcm (7)
22、当刚好满足公式(6)时，t1＝2x+1；当刚好满足公式(7)时t1＝2x-1；x意味着为最接近比较器翻转的一个周期，并且此时信号幅度在(-0.5dvbe，0.5dvbe)之间；为防止在信号幅度较小的时刻出现一次错误的判断，导致sigma-delta adc出现精度丢失，需要将x翻倍得到2x，由此得到一个接近于vbep/dvbe的比值，这个比值和温度相关，最终反馈在数字的寄存器输出，以及x的次数。
23、优选的，一次完整的dvbe和vbe转换周期数为u次，若整个温度转换一共有v次周期转换，则温度转换的总周期数为u*v，其中的vbep转换次数为v*t0，则数字域寄存器ctrl_vbep[23:0]计入的值为p*v，数字域寄存器ctrl_tpq[23:0]计入的值为w*v，dvbe的转换次数为t1*v，数字域寄存器ctrl_dvbe[23:0]计入的值为r*t1*v，t1＝m*t0；
24、数字域额外配置寄存器k1和k2，分别作为温度转换器的斜率和偏差值，最终得到的数字温度dout对应的模拟量temp，如公式(8)所示；
25、
26、进一步化简得到公式(9)；
27、
28、令k0*w/r＝k3*p/r，代入公式(9)，得到公式(10)；
29、
30、由此构建得到数字域的温度模型，对比公式(5)，将公式(5)上下同时除以dvbe，调整得到公式(11)；
31、
32、得vbep/dvbe≈m，其中，m为无限接近vbep/dvbe的值，其精度由温度转换总周期数u*v决定；由此只需要寄存器配置实现p/r＝a即可，同时不同工艺的最优斜率k1或者k3根据最佳温度曲线调节，偏差值k2由寄存器trim最终确定；
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种数字域校正温度传感器的电路优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的数字域校正温度传感器的电路优化方法，其特征在于，Dvbe以及其对温度的导数较小，需要多次周期转换，或者使用一次高倍数的电容比例来实现一次转换，因此T0周期为Vbe的转换周期，T0＝1，T1为Dvbe的转换周期，T1≥1，其中，T0+T1＝U；
3.根据权利要求2所述的数字域校正温度传感器的电路优化方法，其特征在于，通过Bandgap电路产生PTAT电流I0，将PTAT电流通过Mp0镜像到Mp1和Mp2上，个数比例为Mp0:Mp1:Mp2＝1：1：N；由此三路的电流比例为1：1：N，流过三极管Q0、Q1的电流比例为1：N；
4.根据权利要求3所述的数字域校正温度传感器的电路优化方法，其特征在于，采用全差分的Sigma-Delta ADC，初始状态设置为OTA两端输入信号0，共模为Vcm，此时比较器的结果不计入数字域，当第一个大周期U来时，强制将OTA输入通过开关逻辑得到OTA正端为Vcm-Vbep和负端Vcm+Vbep，此时T0周期为-Vbep操作，数字域用一
5.根据权利要求4所述的数字域校正温度传感器的电路优化方法，其特征在于，一次完整的Dvbe和Vbe转换周期数为U次，若整个温度转换一共有v次周期转换，则温度转换的总周期数为U*v，其中的vbep转换次数为v*T0，则数字域寄存器ctrl_vbep[23:0]计入的值为p*v，数字域寄存器ctrl_tpq[23:0]计入的值为w*v，Dvbe的转换次数为T1*v，数字域寄存器ctrl_Dvbe[23:0]计入的值为r*T1*v，T1＝m*T0；
6.一种数字域校正温度传感器的电路优化系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的数字域校正温度传感器的电路优化系统，其特征在于，Dvbe以及其对温度的导数较小，需要多次周期转换，或者使用一次高倍数的电容比例来实现一次转换，因此T0周期为Vbe的转换周期，T0＝1，T1为Dvbe的转换周期，T1≥1，其中，T0+T1＝U；
8.根据权利要求7所述的数字域校正温度传感器的电路优化系统，其特征在于，通过Bandgap电路产生PTAT电流I0，将PTAT电流通过Mp0镜像到Mp1和Mp2上，个数比例为Mp0:Mp1:Mp2＝1：1：N；由此三路的电流比例为1：1：N，流过三极管Q0、Q1的电流比例为1：N；
9.根据权利要求8所述的数字域校正温度传感器的电路优化系统，其特征在于，采用全差分的Sigma-Delta ADC，初始状态设置为OTA两端输入信号0，共模为Vcm，此时比较器的结果不计入数字域，当第一个大周期U来时，强制将OTA输入通过开关逻辑得到OTA正端为Vcm-Vbep和负端Vcm+Vbep，此时T0周期为-Vbep操作，数字域用一个24bit寄存器ctrl_vbep[23:0]计入一个值p，用另一个24bit寄存器ctrl_tpq[23:0]计入一个值w，同时OTA积分之后由比较器得到结果为0，反馈到数字控制开关逻辑产生一个+Dvbe的操作，数字域用一个24bit寄存器ctrl_Dvbe[23:0]计入一个值r；
10.根据权利要求9所述的数字域校正温度传感器的电路优化系统，其特征在于，一次完整的Dvbe和Vbe转换周期数为U次，若整个温度转换一共有v次周期转换，则温度转换的总周期数为U*v，其中的vbep转换次数为v*T0，则数字域寄存器ctrl_vbep[23:0]计入的值为p*v，数字域寄存器ctrl_tpq[23:0]计入的值为w*v，Dvbe的转换次数为T1*v，数字域寄存器ctrl_Dvbe[23:0]计入的值为r*T1*v，T1＝m*T0；
...【技术特征摘要】
1.一种数字域校正温度传感器的电路优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的数字域校正温度传感器的电路优化方法，其特征在于，dvbe以及其对温度的导数较小，需要多次周期转换，或者使用一次高倍数的电容比例来实现一次转换，因此t0周期为vbe的转换周期，t0＝1，t1为dvbe的转换周期，t1≥1，其中，t0+t1＝u；
3.根据权利要求2所述的数字域校正温度传感器的电路优化方法，其特征在于，通过bandgap电路产生ptat电流i0，将ptat电流通过mp0镜像到mp1和mp2上，个数比例为mp0:mp1:mp2＝1：1：n；由此三路的电流比例为1：1：n，流过三极管q0、q1的电流比例为1：n；
4.根据权利要求3所述的数字域校正温度传感器的电路优化方法，其特征在于，采用全差分的sigma-delta adc，初始状态设置为ota两端输入信号0，共模为vcm，此时比较器的结果不计入数字域，当第一个大周期u来时，强制将ota输入通过开关逻辑得到ota正端为vcm-vbep和负端vcm+vbep，此时t0周期为-vbep操作，数字域用一个24bit寄存器ctrl_vbep[23:0]计入一个值p，用另一个24bit寄存器ctrl_tpq[23:0]计入一个值w，同时ota积分之后由比较器得到结果为0，反馈到数字控制开关逻辑产生一个+dvbe的操作，数字域用一个24bit寄存器ctrl_dvbe[23:0]计入一个值r；
5.根据权利要求4所述的数字域校正温度传感器的电路优化方法，其特征在于，一次完整的dvbe和vbe转换周期数为u次，若整个温度转换一共有v次周期转换，则温度转换的总周期数为u*v，其中的vbep转换次数为v*t0，则数字域寄存器ctrl_vbep[23:0]计入的值为p*v，数字域寄存器ctrl_tpq[23:0]计入的值为w*v，dvbe的转换次数为t1*v，数字域寄存器ctrl_dvbe[23:0]计入的值为r*t1*v，t1＝m*t0；
...【专利技术属性】
技术研发人员：周智，
申请(专利权)人：上海申矽凌微电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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