用于溫度感測的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001] 本公開內(nèi)容總體上設及電子設備，并且更具體地設及用于溫度感測的系統(tǒng)和方 法。
【背景技術】
[0002] 溫度傳感器通常用于各種應用中，包括家用和工業(yè)使用的恒溫器、安全系統(tǒng)、汽車 系統(tǒng)W及各種自監(jiān)控電子系統(tǒng)。例如，溫度傳感器可W被包含在與其它電子電路相同的管 忍上W便檢測環(huán)境溫度的升高。當使用運樣的溫度傳感器檢測到超過特定限制的高溫時， 系統(tǒng)可W采取保護動作，諸如關閉整個系統(tǒng)或系統(tǒng)的部分。溫度傳感器還可W被包含在諸 如CPU的集成電路中為整個1C提供溫度信息用于熱管理的目的。該信息可W由集成電路 使用來調(diào)節(jié)參數(shù)W在一定的溫度范圍內(nèi)改進電路的性能。
[0003] 溫度傳感器可各種方式來構造。例如，溫度傳感器可W使用雙金屬片來構造， 該雙金屬片使用具有不同熱膨脹系數(shù)的兩種金屬。運樣的雙金屬片的機械偏轉(zhuǎn)用作對雙金 屬片的溫度的指示。
[0004] 實施溫度傳感器的另一方式是W電子地使用固態(tài)電路。例如，具有負斜率的幾乎 線性的溫度依賴性的二極管的結電壓可W用于提供對溫度的測量。
[0005] 在另一示例中，在具有兩種電流密度的兩個二極管之間的電壓差也可W用于測量 溫度。使用運樣的電壓差的電路通常被稱為是與絕對溫度成比例（PTAT)的發(fā)生器，并且 產(chǎn)生具有正斜率的線性溫度依賴性的輸出信號。為了提供與絕對溫度相關的數(shù)字輸出，將 基準電壓與PTAT發(fā)生器的輸出信號進行比較。該基準電壓被期望是溫度無關的并且典型 地通過對二極管的結電壓和兩個二極管之間的成比例電壓差進行組合來從PTAT發(fā)生器導 出。然而，由于二極管的結電壓具有關于溫度的某種非線性，所W得到的基準電壓具有在溫 度傳感器的數(shù)字輸出處產(chǎn)生非線性的非線性溫度依賴性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)實施例，一種溫度傳感器包括：與絕對溫度成比例（PTAT)的電流發(fā)生器，其 具有被配置為提供第一溫度相關電流的第一電流輸出；第一曲率補償電路，其被配置為將 第一補償電流提供給該PTAT電流發(fā)生器的內(nèi)部節(jié)點；W及第二曲率補償電路，其被配置為 將第二補償電流添加到該第一電流輸出。該第一補償電流具有關于溫度的第一非線性，該 第一非線性的一部分存在于該第一溫度相關電流中，該第二補償電流包括關于溫度的第二 非線性，使得該第二補償電流中的該第二非線性基本上抵消該第一溫度相關電流中的該第 一非線性。
【附圖說明】
[0007] 為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參考連同附圖一起進行的下面描述，在 附圖中： 圖1圖示了實施例溫度感測系統(tǒng). 圖2圖示了實施例溫度感測電路； 圖3a圖示了利用斬波放大器的實施例溫度感測電路； 圖3b圖示了實施例斬波跨導放大器； 圖4圖示了根據(jù)另一實施例的實施例溫度感測系統(tǒng)的示意圖；W及 圖5圖示了實施例方法的流程圖。
[0008] 在不同的附圖中的對應的標號和標記總體上指代對應的部分，除非另有指示。附 圖被繪制W清楚地圖示優(yōu)選實施例的相關方面并且附圖不必按比例繪制。為了更清楚地圖 示某些實施例，指示相同結構、材料、或過程步驟的變型的字母可W跟在附圖編號后面。
【具體實施方式】
[0009] 下面詳細討論對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的產(chǎn)生和使用。然而，應當認識到，本發(fā)明提 供能夠被體現(xiàn)在各種各樣類型的特定上下文中的許多適用的發(fā)明構思。討論的特定實施例 僅僅說明產(chǎn)生和使用本發(fā)明的特定方式，并且不限制本發(fā)明的范圍。
[0010] 將參考特定上下文中的優(yōu)選實施例即溫度感測電路來描述本發(fā)明。本發(fā)明的實施 例還可W被應用向利用溫度感測電路、其它感測電路、針對線性化非線性行為的電路的各 種系統(tǒng)。
[0011] 在實施例中，溫度傳感器利用經(jīng)曲率校正的與絕對溫度成比例（PTAT)的電流發(fā)生 器來提供與溫度線性相關的電流。在實施例中，第一組曲率校正電流被添加到PTAT電流發(fā) 生器的核屯、W便提供經(jīng)曲率校正的帶隙電壓。額外的曲率校正電流被施加到PTAT發(fā)生器 的輸出電流W進一步抵消由第一組曲率校正電流引起的電流對溫度的殘余非線性。在一些 實施例中，PTAT電流發(fā)生器的輸出被施加到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器W便提供指示溫度的數(shù)字輸出 值。
[0012] 傳統(tǒng)溫度傳感器可W通過測量PTAT電壓來感測溫度，該PTAT電壓與具有不同電 流密度的兩個二極管或兩個基極-發(fā)射極結之間的電壓差（AVbe)成比例?？蒞將該PTAT 電壓與使用帶隙電壓基準生成的基準電壓進行比較。由于二極管結和/或雙極型晶體管的 基極-發(fā)射極電壓（Vbe)的非線性溫度依賴性，帶隙電壓具有對于溫度的曲率。
[0013] 一種補償帶隙基準的曲率的方式是注入具有與Vbe的非線性溫度依賴性相同的 非線性溫度依賴性的另一信號W便抵消帶隙電壓的非線性項。運樣的補償可W通過引入W 溫度無關（r/)電流偏置的一個或幾個二極管或雙極型晶體管來實現(xiàn)。因此，通過將WPTAT 電流偏置的Vbe與Wr/電流偏置的Vbe進行組合并且然后生成被反饋到帶隙核屯、的非線 性信號來重新產(chǎn)生Vbe的非線性項。然而，該額外引入的非線性信號還出現(xiàn)在從帶隙電路 獲得的指示溫度信息的PTAT信號(通常是ΔVbe相關的電流）中。結果，該方案去除帶隙電 壓中的曲率，但是將曲率引入在溫度相關PTAT信號中。
[0014] 圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的溫度感測系統(tǒng)100,在溫度感測系統(tǒng)100中通過 測量(與ΔVbe成比例的)PTAT信號與帶隙基準電壓之間的比率來進行溫度測量。如所示出 的，溫度感測系統(tǒng)100包括具有禪合到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器104的輸出的帶隙基準102。在實施 例中，使用sigma-delta模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器來實施模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器104。在備選實施例中，可 W使用除了sigma-delta轉(zhuǎn)換器之外的其它模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器架構。
[001引帶隙基準102包括雙極型晶體管0,和知電阻器R、運算放大器112w及電壓控制 的電流鏡106。在操作期間，運算放大器112迫使雙極型晶體管0,的基極-發(fā)射極電壓大約 等于雙極型晶體管0,的基極-發(fā)射極電壓和電阻器R兩端的電壓降的和。在一個示例中， 運算放大器112的輸出禪合到源極跟隨器的輸入，源極跟隨器的輸出確定電流鏡內(nèi)的一個 或多個電阻器兩端的電壓。在一些實施例中，雙極型晶體管0,具有比雙極型晶體管0厘大 的發(fā)射極面積，和或通過雙極型晶體管0,的電流比流過雙極型晶體管0,的電流足 更小，使得雙極型晶體管0,具有比雙極型晶體管0,更低的電流密度。足，是通過雙極型晶體 管0,的電流與通過雙極型晶體管0,的電流之間的比例因子。通過雙極型晶體管0,得到的 電流是/^，并且通過雙極型晶體管喊尋到的電流是辟/w。
[0016] 電壓控制的電流鏡106還產(chǎn)生溫度穩(wěn)定帶隙電壓在實施例中，通過將來自電 流源116的補償電流/。,與來自電流源114的足,/。進行相加來補償帶隙電壓關于溫度 的非線性或曲率。因此，電壓控制的電流鏡106產(chǎn)生與流過雙極型晶體管0,的電流與 補償電流馬7的和成比例的溫度相關電流對=對（/^ + /J，其中，也是電流鏡比率。 因為非線性補償電流項知存在于由電壓控制的電流鏡106產(chǎn)生的電流對（/^ + /J中， 所W該電流關于溫度是非線性的。在實施例中，通過減去由電流源110產(chǎn)生