CN102109389A - 温度检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度检测电路，利用PTAT电压检测环境温度，与一个工艺相关参数Vbe比较，在特定的温度范围内，通过比较器的判断，输出特定的逻辑信号，以检测环境温度的特定范围。本发明采用比较器对温度的范围直接进行检测，大大简化了温度检测电路的结构，并且准确的对温度范围进行检测。

Description

温度检测电路

技术领域

本发明涉及一种温度检测电路。

背景技术

传统的温度传感器的结构复杂，如图1所示，由偏置电流发生器提供一个偏置电流，然后由带隙温度传感器采集温度信息，再通过模数转换器对温度信息进行转换，之后再采用精准电路技术和校准技术对温度信息数据进行处理。这通常需要以下几个步骤实现：

1、对于环境温度的检测电压；

2、相对精准的带隙基准电压；

3、将检测电压和带隙基准电压通过ADC电路进行数字处理，产生代表绝对温度的二进制代码；

4、摄氏温度与绝对温度的转换。

以上功能实现了对于环境温度的精确检测，但对于整体架构以及具体电路的实现相对复杂；同时，在温度检测的某些实际应用中，要求对***正常工作的环境温度范围进行判断，不需要对环境温度的绝对值进行精准检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种温度检测电路，采用简单的电路结构，准确的对温度范围进行检测。

为解决上述技术问题，本发明温度检测电路的技术方案是，包括四个源极连接电源端，且栅极相互连接在一起的PMOS管，其中第一PMOS管与第二PMOS管的漏极分别连接到一个双端输入、单端输出的运算放大器的两个输入端，所述运算放大器的输出端连接到所述第一PMOS管和第二PMOS管的栅极，所述第一PMOS管的漏极连接到第一PNP管的发射极，所述第二PMOS管的漏极通过一个电阻连接到第二PNP管的发射极，所述第一、第二PNP管的基极和集电极都接地；第三PMOS管的漏极通过温度传感器电阻接地，在所述温度传感器电阻上电压由高到底分别引出第一抽头和第二抽头；第四PMOS管的漏极连接到第三PNP管的发射极，所述第三PNP管的基极和集电极接地；所述第一抽头与第三PNP管的发射极分别连接到第一比较器的两个输入端，所述第二抽头与第三PNP管的发射极分别连接到第二比较器的两个输入端，所述两个比较器的输出端作为温度检测电路的输出端。

本发明采用比较器对温度的范围直接进行检测，大大简化了温度检测电路的结构，并且准确的对温度范围进行检测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1为现有的温度检测电路的模块图；

图2为本发明温度检测电路的电路图；

图3为本发明温度检测电路中各电压与温度的特性图。

具体实施方式

本发明提供了一种温度检测电路，如图1所示，包括四个源极连接电源端，且栅极相互连接在一起的PMOS管，其中第一PMOS管MP1与第二PMOS管MP2的漏极分别连接到一个双端输入、单端输出的运算放大器A1的两个输入端，所述运算放大器A1的输出端连接到所述第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的栅极，所述第一PMOS管MP1的漏极连接到第一PNP管Q1的发射极，所述第二PMOS管MP2的漏极通过一个电阻R0连接到第二PNP管Q2的发射极，所述第一、第二PNP管Q1、Q2的基极和集电极都接地；第三PMOS管MP3的漏极通过温度传感器电阻R1接地，在所述温度传感器电阻R1上电压由高到底分别引出第一抽头Vptatl和第二抽头Vptath；第四PMOS管MP4的漏极连接到第三PNP管Q3的发射极，所述第三PNP管Q3的基极和集电极接地；所述第一抽头Vptatl与第三PNP管Q3的发射极分别连接到第一比较器的两个输入端，所述第二抽头Vptath与第三PNP管Q3的发射极分别连接到第二比较器的两个输入端，所述两个比较器的输出端Tdl_out和Tdh_out作为温度检测电路的输出端。

本发明利用PTAT电压检测环境温度，与一个工艺相关参数Vbe比较，在特定的温度范围内，通过比较器的判断，输出特定的逻辑信号，以检测环境温度的特定范围。

本发明图2所示的实施例中的架构可以分为两部分：

第一部分实现了对环境温度的检测电压Vptat，以及与工艺相关的电压Vbe；

第二部分实现了(Vptat-Vbe)的电压量，同时通过比较器产生逻辑信号的输出。

PTAT的电压以及Vbe的电压实现如下所示：

$\mathrm{Vptatl}=\frac{\mathrm{\ΔVbe}}{R0}\·R_{\mathrm{Vptatl}}=\frac{K}{q}\·T\·\ln N\·\frac{R_{\mathrm{Vptatl}}}{R0}$

$\mathrm{Vptath}=\frac{\mathrm{\ΔVbe}}{R0}\·R_{\mathrm{Vptath}}=\frac{K}{q}\·T\·\ln N\·\frac{R_{\mathrm{Vptath}}}{R0}$

$\mathrm{\ΔVbe}=\frac{K}{q}\·T\·\ln N$

$\mathrm{Vbe}=\frac{K}{q}\·T\·\ln \frac{\frac{K}{q}\·T\·\ln N/R0}{\mathrm{Is}}=\frac{K}{q}\·T\·\ln \frac{\frac{K}{q}\·T\·\ln N}{R0\·\mathrm{Is}}$

其中，K是波尔兹曼常数，q是电子电荷量，T是以开尔文为单位的温度，N是两个双极型晶体管发射区-基区的面积比，Is是pn结的反向饱和电流，ΔVbe是PNP管Q1与Q2发射极电压的差值，R_Vptatl是第一抽头与通过温度传感器电阻到地之间的电阻，R_Vptath是第二抽头与通过温度传感器电阻到地之间的电阻。

本实施例中，检测的温度范围：TA+/-ΔT～TB+/-ΔT，即对环境温度低于(TA-ΔT)或高于(TB+ΔT)分别输出报警信号，其中ΔT是电路***中的误差。

本发明中，两个抽头的电压以及Vbe电压跟随温度的变化趋势如图3所示，根据+/-ΔT的温度精度要求，转换成相应的电压精度要求(Vptat-Vbe)，如图3中抽头电压与Vbe电压交点周围区域所示，以此界定电路中各个非理想因素的上限值。

通过对电路中主要的非理想因素(运算放大器在比较器输入端的失调，比较器自身的失调，电阻比的相对误差等等)的优化，使得其均方根小于界定的上限值，利用比较器输出特定的逻辑信号，来判断环境温度的特定范围，达到了特定精度的环境温度检测的设计要求。当温度低于TA时，Vpatal就会小于Vbe，此时第一比较器就会有相应的输出；当温度高于TB时，Vpatah就会大于Vbe，此时第二比较器就会有相应的输出。

综上所述，本发明采用比较器对温度的范围直接进行检测，大大简化了温度检测电路的结构，并且准确的对温度范围进行检测。

Claims (1)

1.一种温度检测电路，其特征在于，包括四个源极连接电源端，且栅极相互连接在一起的PMOS管，其中第一PMOS管与第二PMOS管的漏极分别连接到一个双端输入、单端输出的运算放大器的两个输入端，所述运算放大器的输出端连接到所述第一PMOS管和第二PMOS管的栅极，所述第一PMOS管的漏极连接到第一PNP管的发射极，所述第二PMOS管的漏极通过一个电阻连接到第二PNP管的发射极，所述第一、第二PNP管的基极和集电极都接地；第三PMOS管的漏极通过温度传感器电阻接地，在所述温度传感器电阻上电压由高到底分别引出第一抽头和第二抽头；第四PMOS管的漏极连接到第三PNP管的发射极，所述第三PNP管的基极和集电极接地；所述第一抽头与第三PNP管的发射极分别连接到第一比较器的两个输入端，所述第二抽头与第三PNP管的发射极分别连接到第二比较器的两个输入端，所述两个比较器的输出端作为温度检测电路的输出端。

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