LU SHAN (US)
ZHANG JUNMOU (US)
CHEN YIMIN (US)
WANG JIAN (CN)
CHENG YUANLIN (CN)
WO2011021276A1 | 2011-02-24 |
US20130077652A1 | 2013-03-28 | |||
US20070160113A1 | 2007-07-12 | |||
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US20060038626A1 | 2006-02-23 |
权 利 要 求 书 1、 _种温度测 量电路 ,包括:第_ 温 度感测 电路 ,第二温 度感测 电路 ,以及数据 处理单 元 ; 所 述第一 温度感 测电路 用于 根据输 入的第 一电流 信号产 生用 于表 征温 度的 第 _测量 信号 ,所述第 _电流 信号的 大小与 温度相 关 ; 所 述第二 温度感 测电路 用于 根据输 入的第 二电流 信号产 生用 于表 征温 度的 第二测 量信号 ,所述第二 电流信 号与温 度无关 ; 所 述第一 温度感 测电路 的输 出端、 所述第二温度 感测 电路的 输出 端均 与所 述数据 处理单 元的输 入端连 接 ; 所 述数据 处理单 元用 于根据 所述第 _测量信 号对应 的第 _特征参 数和 所述 第二测 量信号 对应的 第二特 征参数 确定 当前温 度 ;其中 所 述第 _温 度感测 电路 的电路参 数与 所述第 二温 度感测 电路的 电 路参 数相 同。 2、 根据权利 要求 1所述的 温度测 量电路 ,其特征 在于 ,所述第一 测量 信号 与温度 和第 _温 度感测 电路 的电路参 数相 关 ; 所 述第二 测量信 号与第 二温度 感测 电路的 电路参 数相关 。 3、 根据权利 要求 1所述的 温度测 量电路 ,其特征 在于 ,所述温度 测量 电路还 包括 与绝对温 度成 正比 PTAT电流 源和恒 流源 ;以及 所 述 PTAT 电流源用 于产生 大小 随温度 变化的 第_ 电流 信号 ;所 述恒 流源 用于产 生大小 恒定 的第二 电流源 ; 所 述 PTAT 电流源的 输出端 与所述 第一温 度感 测电路 的输入 端连 接 ; 所 述恒 流源的 输出端 与所述 第二温 度感 测电路 的输入 端连接 。 4 、 根据权利要 求 3 所述的温度 测量 电路 ,其特征 在于 ,所述恒 流源 由所 述 PTAT 电流源 和绝对 温度补 偿电路 组成。 5、 根据权利 要求 3所述的 温度测 量电路 ,其特征 在于 ,所述第一 温度 感测 电路包 括第一 环形振 荡器 ,所述 第二温 度感测 电路包 括第 二 环形 振荡器 ; 所 述第一 环形振 荡器的 信号输 入端 与 PTAT电流 源的 输出端 连接 ; 所 述第二 环形振 荡器的 信号输 入端 与恒流 源的输 出端连 接。 6、 根据权利 要求 5所述的 温度测 量电路 ,其特征 在于 ,所述第一 测量 信号 为由所 述第一 环形振 荡器根 据所 述第一 电流信 号产生 的第 一 周期 振荡信 号 ; 所 述第二 测量信 号为 由所述 第二环 形振荡 器根据 所述 第二电 流信 号产 生的 第二周 期振荡 信号 ,所述第 _特征 参数 为第 _振 荡频率 ,所 述 第二特 征参数 为第二 振荡频 率 ;以及 所 述数据 处理单 元用 于根据 所述第 一周期 振荡信 号的 第一振 荡频 率和 第二 周期振 荡信号 的第 二振荡频 率确定 所述 当前温 度。 7、 根据权利 要求 5所述的 温度测 量电路 ,其特征 在于 ,所述第一 环形 振荡器 与所 述第二 环形振 荡器各 自包括 奇数个 反相 器。 8、 根据权利 要求 7所述的 温度测 量电路 ,其特征 在于 ,所述第一 环形 振荡器 与所 述第二 环形振 荡器各 自包括 的反 相器的 数量相 等。 9、 根据权利 要求 1所述的 温度测 量电路 ,其特征 在于 ,第二温度 感测 电路 为所述 第一温 度感测 电路的 镜像 电路。 10、 _种温度 测量方 法 ,用于如 权利要 求 1-9之_ 的温度 测量 电 路 中的数 据处理 单元 ,所述温 度测量 电路 包括第 一温度 感测 电路和 第 二温 度感 测电路 ,所述 方法包 括 : 接 收第一 温度感 测电路 输出 的第一 测量信 号以及 第二 温度感 测电 路 输出的 第二测 量信号 ;其中 ,所述第 _温度感测 电路 的输入 信号为 第_ 电流信 号 ,第_电流信 号的 大小与 温度相 关 ;所述第二温度 感测 电路 输入 第二电流 信号 ,所述第二 电流信号 与温 度无关 ; 提 取第 _测 量信号 对应 的第 _特 征参数 以及 第二测 量信号 对应的 第 二特征参 数 ; 根 据所述 第一特 征参 数和所 述第二 特征参 数 ,确定所 述温 度测量 电路 所处环 境的 当前温 度。 11、 根据权利 要求 10所述的 方法 ,其特征 在于 ,所述温度测量 电 路包 括与 绝对温 度成正 比 PTAT 电流源和恒流源 ;所述第一 温度感 测 电路 包括 第一环 形振荡 器 ,所述第 二温度 感测 电路包括 第二环 形振 荡 器 所 述第 一环形 振荡器 的信号 输入端 与 PTAT 电流源 的输出 端连接 ; 所述 第二 环形振 荡器的 信号输 入端 与恒流 源的输 出端连 接 ;所述第 一 测量 信号 为第一 周期振 荡信号 ,所述第二 测量信 号为第 二周 期振荡 信 号 ;以及 所 述提取 第 _测量 信号 对应的 第 _特征 参数和 第二 测量信 号对应 的 第二特 征参数 ,包括 : 从 第一周 期振荡 信号 中提取 第一振 荡频率 作为第 一特 征参数 ,从 第 二周期 振荡信 号中提 取第 二振荡频 率作 为第二 特征参 数 ; 以 及所述 根据所 述第 一特征 参数和 第二 特征参 数 ,确定所述 温度 测量 电路所 处环境 的当 前温度 ,包括 : 利 用所述 第二特 征参 数从所 述第 一特征参 数中 提取仅 与温度 相关 部 分特征参 数 ; 利 用仅与 温度相 关的部 分特征 参数 确定所 述当前 温度 。 |
PTAT ( Proportional To Absolute Temperature ,与绝对温度成正比) 电流 源 24指的是输 出电流 大小与 绝对温 度(:单位:开尔文:)之间为正比 例关 系的 电流源 。 也 就是说 , PTAT电流 源 24所输 出的 电流大 小 1(单位:安培)和其 所在 环境温 度 T(单位为开尔文)的关系满 足 I = AxT(A为固定常量)。 可 以将 PTAT电流 源 24输出的电 流视为 PTAT 电流。 这里的 PTAT 电 流源 24的实 现电路 可以是 现有的 各种 PTAT电流 源实现 电路。 在 一些应 用场景 中 , 上述温度测量电路应 用于测 量集成 电路领 域 时 ,上述 PTAT电流 源 24可 以在集 成电路 中。 PTAT电 流源 24可以以 子 电路的 形式设 置在集 成电路 ,作为温度 传感器 的核心 单元 。 由于其 输 出电流与 绝对温 度成 正比 , 因此可以通过 某种机 制 ,通过 PTAT 电 流源 24输出 电流大 小 ,反映当 前的环境 温度 。 上 述 PTAT 电流源 24用于 产生 大小随 温度变 化的 第一电 流信号 。
PTAT 电流源 24的输出 端与第 _温度 感测电路 的输 入端连 接 ,用 于 向第 _温 度感测 电路输 入第 _ 电流信号 。 上 述 恒 流 源 25 可 以 是 由 PTAT 电 流 源 和 一个 CTAT ( Complementary to Absolute Temperature,绝对温度补偿)电路组成。 上述 CTAT 电路是产 生负温 度系数 的电路 。 也即 , 由该电路产生的电 流 的大小 于温度 负相关 。 在一些应 用场景 中 , 上述恒流源可以由上 述 PTAT 电流源 24与_ 个 CTAT 电路构 成。 例如将 上述 PTAT电 流源输 出 的第 _电 流信号 输入到 上述 CTAT 电路 , 由上述 CTAT 电路 输出不 随温 度变 化的第 二电流 信号。 本 实施例 中 CTAT 电路 可以使 用现有 的各种 CTAT 实现 电路。 上 述 PTAT 电流源 24在电压信 号的激 励下 输出与 温度正 相关的 第 — 电流 信号 。 上 述 CTAT 电路在电压信号 的激励 下输 出于温 度负相 关的用 于校 准 的校准 电流信 号。 可 以为上 述校准 电流信 号与 上述第 一电流 信号 分别赋 予第一 权值 与 第二权 值。 通过校准 信号与 第一权 值的 乘积、 第一电流信号 与第 二 权值 的乘积 ,来确定第 二电流 信号 。 例如将上述 校准信 号与 第一权 值 的 乘积与 第一电 流信号 与第 二权值的 乘积之 和作 为第二 电流信 号。 通 过上述 PTAT电 流源 24和上述 CTAT电 路可以 得到 电流不 随温 度 变化的 恒流信 号 (第二电流 信号 )。 上 述第二 温度感 测电路 可以 是第一 温度感 测电路 的复制 。具体地 , 第 二温度 感测 电路的 电路结构 可以 与第一 温度感 测电路 的电路 结构相 同 。 第二温度感 测电路 的电路 结构所 使用 的每一 元件 的元件 参数 , 可 以 与第 _温 度感测 电路的 电路结 构中 的对应元 件的 元件参 数相同 。 在 本实施 例中 , 上述第一温度感测 电路 21 包括第一环形 振荡器 211。 第二温度感测 电路 22包括 第二环 形振荡 器 221。 第_环形振 荡 器 211的信号 输入端 与 PTAT 电流源 24的输 出端连 接。第二 环形振 荡 器 221的信号 输入端 与恒流 信号 源 25的输 出端连 接。 第 一环形 振荡器 211和第 二环形 振荡器 221均可 以包括 奇数个 反 相 器。 第一环形 振荡器 211和第 二环形 振荡器 221各 自所包括 的反相 器 的数量 相同。 进一步地 ,第一环形振荡 器中 的每一 反相器 的参数 可 以 与第二 环形振 荡器 中对应的 反相器 的参 数相同 。 这里的反 相器的 参 数例 如可 以包括 电容大 小。 第 一环形 振荡器 211根据 输入的 第一 电流信 号可以 产生第 一振荡 电流 信号 。 这里的第一 振荡 电流信 号可以 为第一 测量信 号。 第一振荡 电流 信号 为第一 周期脉 冲信 号。 第一周期 脉冲信 号的 频率可 以跟第 一 电流 信号 的大小 相关。 第 二环形 振荡器 221根据 输入的 第二 电流信 号可以 产生第 二振荡 电流 信号 。 这里的第二 振荡 电流信 号可以 为第二 测量信 号。 第二振荡 电流 信号 的振荡 频率与 第二 电流信号 相关。 第 二电流 信号可 以由恒 流源 25产 生。 在_ 些应用 场景 中 , PTAT 电流 源 24的信号输 入端和 恒流 源 25的信 号输 入端可 以输入 相同的 激 励信 号。 在另外一些应 用场景 中 ,在这些应用场 景中 ,组成恒流源 的 PTAT 电流源可 以是产 生第 一电流 信号的 PTAT 电流源 的复制 。 在 另外一 些应用 场景 中 , 上述恒流源可以是由 产生第 一电流 信号 的 PTAT 电流源与一个 CTAT 电路构成 。 也即 ,在这些应用 场景 中 , 上述 第二 电流信 号可以 由上述 第 _电 流信号 流过 CTAT电路 后产 生。 在 上述两 种应用 场景 中 ,第二电流信号与 第一 电流信 号之间 有如 下关 系 :
PTAT 电流 源产生 的第_ 电流信号 可以 记为 Iptat。 恒流源产生的 电流 信号 可以记 为 labs。
Iptat = a x T ( 1 ) ; a 是常数 , T是绝对温度 。 第 二电流 信号与 第一 电流信 号之间 的关系 可以 由如下 公式表 示 : labs = Iptat + Alptat ( 2 ) ;
J/ptat是 Iptat与 labs之间的差值。 由于 labs不随温 度变化 , 而 Iptat随温度 变化 , 因此, J/ptat随温度变化。 第 一环形 振荡器 211 在第一电流 信号 的作用 下输出 的第一 测量 信 号的第 一特征 参数 (也即第 一振荡 频率 )可以为 :
FI = Fabs + b x Alptat ( 3 ) ; 这 里的 b为常数。 第 二环形 振荡器 221在第 二电流 信号 的作用 下输出 的第二 测量信 号 的第二 特征参 数 (也即第二 振荡频 率 )可以为 Fabs。
F2=Fabs ( 4 ) ; 可 以使用 公式 ( 4 )减去公式 ( 3 ) ,得到测温频率 F3 : F3=F1-F2= b x A Ip tat = b x a' x T = b' x T ( 5) ; 使 用公式 ( 5)来确定温度 ,可以消 除环形 振荡 器中的 电路参 数对 结果 造成 的影响 。 从而可以提 高测试 结果的 线性度 。 实践 中 , 可以根据公式( 5)先标定 出温度 与测温 频率 F3之间的 关系 曲线 ,确定 出 V的值。 在实际测量温 度时 , 可以根据由上述 温度 测量 电路输 出的测 温频 率 F3 ,来确定 当前温 度 T。 本 实施例 提供的 温度测 量电路 ,通过在温度测量 电路中 设置 PTAT 电流 源和恒 流源 ,将 PTAT 电流输入到第 一环形 振荡器 中得 到第一 测 量信 号 ,将恒流源输 出的第 二电流信 号输 入到第 二环形 振荡器 得到 第 二测 量信 号 ,根据第一测量信 号确定 出第 一振荡 频率 ,根据 第二测 量 信号 确定 出第二 振荡频 率 ,利用第 二振荡 频率从 第一振 荡频率 中提 取 中仅 与温度 相关 的测温 频率 ,使用测 温频 率确定 温度 , 可以得到较 为 准确 的测量 结果 。 下 面参考 图 3 ,其示出了 根据本 公开 的温度 测量方 法的一 些实施 例 的流程 示意图 。 该温度测量 方法用 于图 1所示的 温度测 量电路 的数 据处 理单元 。 电 路测量 电路包 括第 一温度 感测电路 、 第二温度 感测 电路。 该温 度测 量方法 包括 如下步 骤。 步 骤 301 ,接收第一 温度感 测电路 输出的 第一测 量信 号以及 第二 温度 感测 电路输 出的第 二测量 信号。 所 述第 一温度感 测电路 的输 入信号 为第一 电流信 号 ,第一电流信 号 的大小 与温度 相关。 所述第一测 量信号 与温度 和第 一温度 感测 电路 的 电路参数 均相 关。 所 述第二 温度感 测电路 输入 第二电 流信号 ,所述第二 电流信 号与 温度 无关 。 所述第二测 量信号 与第 二温度 感测电路 的电路 参数 相关。 所 述第 _温度感 测电路 和第二 温度感 测电路 的各 自对应 的电路参 数相 同。 步 骤 302 ,提取第一 测量信 号对应 的第一 特征参 数以 及第二 测量 信号 对应 的第二 特征参 数。 步 骤 303 ,根据所述 第一特 征参数 和第 二特征 参数 ,确定所 述温 度测 量电路 所处环 境的 当前温 度。 具 体地 ,可以从第一特征参 数中取 出与 第二特 征参数 相同 的部分 , 根据 剩余 的部分 特征参 数来确 定温 度测量 电路所 处环境 的当前 温度。 这 里的剩 余的部 分特征 参数 仅与温 度相关 。 在 一些应 用场景 中 ,温度测量电路 包括 PTAT 电流源和恒流 源。 第 一温度 感测电 路包括 第一环 形振荡 器 , 第二温度感测 电路包 括第 二 环形 振荡器 。 所述第一 环形振 荡器的 信号输 入端 与 PTAT 电流源的 输 出端 连接 ;所述第二环 形振荡 器的 信号输 入端与 恒流源 的输 出端连 接 ; 第 一环形 振荡器 和第 二环形 振荡器 分别所 包括的 反相器 的数 量相 同 。 第一环形振 荡器和 第二环 形振荡 器各 自包括 奇数个 反相 器。 第二 环形 振荡器 可以 为第一 环形振 荡器的 镜像。 第 一环形 振荡器 和第 二环形 振荡器 各自对 应的反 相器 的参数 相同。 第 一测量 信号 可以是 第一环 形振荡 器输 出的第 一周期 振荡信 号。 第 二测量信 号可 以是第 二环形 振荡器 输出 的第二 周期振 荡器信 号。 第 一周 期振 荡信号 为周期 脉冲信 号。 第二周期振荡 信号 也为周 期脉冲 信 号 。 上述步骤 302可以包 括 :从第 _测量 信号提 取出 第 _振荡 频率作 为第 一特征 参数 。 从第二测量 信号 提取出 第二振 荡频 率作为 第二特 征 参数 。 第_ 振荡频 率可以 与温 度以及 第 _环形 振荡器 的电路 参数 相关。 第 二振荡 频率与 第二环 形振荡 器的 电路参 数相关 。 第 一环形 振荡器 和第 二环形 振荡器 的电路 参数相 同。 第一环形振 荡器 和第 二环形 振荡器 各自包 括的反 相器 的数量 相同 。 第一环形振 荡 器和 第二 环形振 荡器均 包括奇 数个反 相器 。 在 这些应 用场景 中 ,上述步骤 303进一 步包括 如下步 骤 : 首 先 ,利用所述 第二 特征参 数从所 述第 一特征 参数 中提取仅 与温 度相 关部 分特征 参数。 其 次 ,利用仅与 温度相 关的部 分特 征参数 确定所 述当 前温度 。 具 体地 , PTAT 电流源产生的第 一电流 信号 可以记 为 Iptat。 恒流 源产 生的 电流信 号可以 记为 labs。
Ip tat = a x T ( 6 ) ; a 是常数 , T是绝对温度 。 第 二电流 信号与 第一 电流信 号之间 的关系 可以 由如下 公式表 示 : labs = Iptat + Alptat ( 7) ;
J/ptat是 Iptat与 labs之间的差值。 由于 labs不随温度 变化 , 而 Iptat随温度 变化 , 因此, J/ptat随温度变化。 第 一环形 振荡 器在第 一电 流信号 的作 用下 输出的 第一测 量信 号 的 第一特 征参数 (第一 振荡频 率 )可以为 :
FI = Fabs + b x Alptat ( 8) ; 这 里的 b为常数。 第 二环形 振荡器 在第 二电流信 号的 作用下 输出 的第二 测量信 号的 第 二特征参 数 (第二振 荡频率 )可以 为 Fabs。
F2=Fabs ( 9) ; 可 以使用 公式 ( 9)减去公式 ( 8),得到测温 频率 F3 :
F3=F1-F2= b x Alptat = b x a' X T = b r X T ( 10) ; 使 用公式 ( 10)来确定 温度 , 可以消除环 形振荡 器中的 电路参 数 对结 果造成 的影 响 ,从而可以提高测 试结果 的线性 度。 实践 中 ,可以根据公式 ( 10)先标定出温度 与测温 频率 F3之间的 关系 曲线 ,确定 出 V的值。 在实际测量 温度时 , 可以根据由上述 温度 测量 电路 输出的 测温频 率 ,来确定温 度测量 电路 所处环 境的当 前温度 以 上描述 仅为本 公开的 较佳实 施例 以及对 所运用 技术原 理的 说明。 本领 域技 术人员 应当理 解 ,本公开 中所涉 及的公 开范围 ,并不限于 上 述技 术特征 的特 定组合 而成 的技术方 案 , 同时也应涵盖 在不 脱离上 述 公开 构思 的情况 下 , 由上述技术特征或其 等同特 征进行 任意 组合而 形 成 的其它 技术方 案。 例如上述 特征 与本公 开中公 开的 (但不 限于 )具 有类 似功 能的技 术特征 进行互 相替换 而形成 的技 术方案 。 此 外 ,虽然采用 特定次 序描 绘了各 操作 ,但是 这不应 当理解 为要 求这 些操作 以所 示出的 特定次 序或 以顺序 次序执 行来执 行。 在一定环 境 下 , 多任务和并行处理可能 是有 利的。 同样地 ,虽然在上面论述 中 包含 了若 干具体 实现细 节 ,但是这些不应 当被解 释为对本 公开 的范围 的 限制。 在单独的实施 例的上 下文 中描述 的某些 特征还 可以 组合地 实 现在 单个实 施例 中。 相反地 ,在单个实施例 的上 下文 中描述 的各种 特 征 也可以 单独地 或以任 何合适 的子组 合的 方式实 现在多 个实施 例中。 尽 管已经 采用 特定 于结构 特征 和 /或方法逻辑 动作 的语言 描述 了 本主 题 ,但是应 当理解 所附权 利要求 书中 所限定 的主题 未必 局限于 上 面描 述的 特定特 征或动 作。 相反 , 上面所描述 的特定 特征和 动作仅 仅 是实 现权利 要求书 的示例 形式 。