CN103245435B - 用于cmos温度传感器的温度校准装置及方法 - Google Patents
用于cmos温度传感器的温度校准装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103245435B CN103245435B CN201310211368.8A CN201310211368A CN103245435B CN 103245435 B CN103245435 B CN 103245435B CN 201310211368 A CN201310211368 A CN 201310211368A CN 103245435 B CN103245435 B CN 103245435B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- cmos
- slope
- intercept
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于CMOS温度传感器的温度校准装置及方法。该校准装置包括CMOS感温电路、数据处理单元、斜率寄存器、截距寄存器、温度值寄存器以及标准测温计。本发明的用于CMOS温度传感器的温度校准装置及方法,不需外加电压源,只利用两个温度测试点就可在将温度传感器校准到±0.2℃的精度,校准速度快,不增加***电路,因此大大降低了测试成本。
Description
技术领域
本发明涉及CMOS温度传感器,更具体地,是一种用于CMOS温度传感器的温度校准装置及方法。
背景技术
集成CMOS温度传感器利用CMOS工艺中的寄生PNP三级管作为感温元件产生VBE和ΔVBE两个与温度相关的电压信号,其中VBE电压随温度升高而减小,ΔVBE电压随温度升高而增大。温度的读出值可以用一个与温度线性相关的变量αΔVBE(VPTAT)相对一个与温度无关的常量αΔVBE+VBE(VREF)的比例关系求得,具体如图1所示。
VBE在25℃温度系数约为-2mV/℃,ΔVBE在25℃的温度系数取决于两个PNP三级管的电流比,如果采用1;5电流比,则ΔVBE在25℃的温度系数约0.14mV/℃,因此α=14时可以在-55℃~125℃可以得到与温度变化无关的VREF,其中,
VREF=αΔVBE+VBE; (公式1)
用比例值μ作为变量,其中,
通过以下线性方程可以得到温度读出值:
TOUT=A.μ+B (公式3)
其中A≈680,B≈280,TOUT是温度读出值。
工艺漂移及其芯片封装会造成VBE随温度的变化率发生变化,从而导致温度读出值TOUT随温度的变化斜率偏离理想值1。图2示出了在-55℃~125℃温度范围内温度读出值TOUT随温度的变化率与VBE随温度变化率的关系。当VBE随温度变化的直线斜率的绝对值偏小时,TOUT随温度变化的直线斜率偏大;当VBE随温度变化的直线斜率的绝对值偏大时,TOUT随温度变化的直线斜率偏小。图2中阴影部分表示TOUT随温度变化直线斜率的范围,由图可知,直线斜率的偏差会降低温度传感器温度读出值TOUT的精度。
发明内容
为了解决温度读出值TOUT随温度的变化斜率偏离理想值而导致精度降低的问题,本发明提出了一种用于CMOS温度传感器的温度校准装置及方法。该装置包括CMOS感温电路、数据处理单元、斜率寄存器、截距寄存器、温度值寄存器以及标准测温计,其中:
该CMOS感温电路和该数据处理单元相连接,其具有一个温度表征预定变量,并输出温度读出值,该温度读出值与该预定温度表征量为预定线性关系;
该斜率寄存器和该数据处理单元相连接,用于寄存斜率默认值或斜率校准值;
该截距寄存器和该数据处理单元相连接,用于寄存截距默认值或截距校准值;
该标准测温计与该数据处理单元相连接,用于确定两个测温点;
该温度值寄存器与该数据处理单元相连接,用于寄存在该两个测温点对应的该CMOS感温电路的两个温度读出值;
该数据处理单元用于根据该两个实际温度输出和该预定线性关系,确定对应的两个温度表征量输出值,并根据该两个测温点和该两个温度表征量输出值,进行实际线性关系拟合,确定该斜率校准值和该截距校准值。
优选地,所述数据处理单元为微处理器。
本发明的用于CMOS温度传感器的温度校准方法,包括如下步骤:
S100,确定该CMOS温度传感器的温度表征预定变量和温度读出值变量的预定线性关系,该预定线性关系包括斜率默认值和截距默认值;
S200,在两个测温点下,利用CMOS温度传感器的两个温度读出值,并根据该预定线性关系,确定对应的两个温度表征量输出值;
S300,根据该两个测温点和该两个温度表征量输出值,进行实际线性关系拟合,确定斜率校准值和截距校准值。
优选地,所述预定线性关系为:
TOUT=A.μ+B;
其中,TOUT为温度读出值变量,μ为温度表征预定变量,A为斜率默认值,B为截距默认值。
优选地,所述两个温度表征量输出值分别为:
μ
其中,μ1、μ2分别为所述两个温度表征值输出值,T1、T2分别为所述两个测温点下的两个温度读出值。
优选地,所述斜率校准值和截距校准值为:
其中,AC为所述斜率校准值,BC为所述截距校准值,TW1、TW2为所述两个测温点。
本发明的用于CMOS温度传感器的温度校准装置及方法,不需外加电压源,只利用两个温度测试点就可在-55℃~125℃温度范围内将温度传感器校准到±0.2℃的精度,校准速度快,不增加***电路,因此大大降低了测试成本。
附图说明
图1为感温元件的输出信号和温度的线性关系示意图;
图2为表现出CMOS温度传感器输出信号和读出值的线性关系偏移的示意图;
图3为本发明的用于CMOS温度传感器的温度校准装置的组成示意图;
图4为利用图3中的温度校准装置进行温度校准的方法的流程示意意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式,对本发明的用于CMOS温度传感器的温度校准装置及方法的组成结构或步骤以及工作原理进行详细说明。
如图3所示,为本发明的用于CMOS温度传感器的温度校准装置的组成示意图,其包括CMOS感温电路110、数据处理单元140、斜率寄存器120、截距寄存器130、温度值寄存器150以及标准测温计160。
更具体地,CMOS感温电路110和数据处理单元140相连接,其具有一个温度表征预定变量,并输出温度读出值,该温度读出值与该预定温度表征量为预定线性关系。如上所述,该温度表征预定变量为一个与CMOS感温电路110内的两个电压信号VBE和ΔVBE相关的变量μ(如公式2所示),并且该变量和温度读出值呈线性关系(如公式3所示)。
在该实施方式中,CMOS感温电路110可以是常规的由CMOS工艺中的寄生PNP三极管作为感温元件形成的集成CMOS感温电路。并且,数据处理单元140可以是任何能够进行线性关系运算和输出的处理装置,包括中央处理器、数字信号处理器、专用可编程逻辑芯片等。在该实施方式中,数据处理单元140为微处理器。
斜率寄存器120和数据处理单元140相连接,用于寄存斜率默认值或斜率校准值。截距寄存器130和数据处理单元140相连接,用于寄存截距默认值或截距校准值。
如上所述,上述预定线性关系(公式3),由斜率默认值A和截距默认值B确定,在进行校准前,可以将该斜率默认值A和截距默认值B预先存入对应的斜率寄存器120和截距寄存器130内。并且,在进行校准后,斜率寄存器120可用于寄存经校准的斜率校准值,截距寄存器130可用于寄存经校准的截距校准值。
标准测温计160与数据处理单元140相连接,用于确定两个测温点。标准测温计160可采用常规的标准温度计,以精确地确定测温点。在该发明中,需至少对两个测温点TW1、TW2进行确定,以进行线性关系校准。
温度值寄存器150与数据处理单元140相连接,用于寄存在该两个测温点对应的CMOS感温电路110的两个温度读出值T1、T2。在两个实际测温点TW1、TW2下,CMOS感温电路110经由数据处理单元140计算,根据线性关系,会产生两个温度读出值,该两个温度读出值可寄存在温度值寄存器150内以用于后续的校准处理。
该数据处理单元140用于根据两个实际温度输出T1、T2和该预定线性关系(公式3),确定对应的两个温度表征量输出值μ1、μ2,并根据两个测温点TW1、TW2和两个温度表征量输出值μ1、μ2,进行实际线性关系拟合,确定该斜率校准值和该截距校准值。由此,完成对线性关系的校准。具体的数据处理过程将在下文进行更详细描述。
以下对利用该校准装置进行校准的方法进行说明。如图4所示,是该方法的流程图,该方法总体上包括步骤S100-S400。以下结合图3、4,对各步骤进行具体描述。
在步骤S100中,确定该CMOS温度传感器的温度表征预定变量和温度读出值变量的预定线性关系,该预定线性关系包括斜率默认值和截距默认值。
如上述公式3所示,预定线性关系为:
TOUT=A.μ+B;
其中,TOUT为温度读出值变量,μ为温度表征预定变量,A为斜率默认值,B为截距默认值。
从上可以看出,TOUT和μ的预定线性关系由A,B确定,A、B值可以是任意的默认值,但是为校准方便,斜率默认值和截距默认值可设定为电路仿真值。如上所述,斜率默认值和截距默认值可分别寄存在斜率寄存器120和截距寄存器130内。
S200,在两个测温点下,利用CMOS温度传感器的两个温度读出值,并根据该预定线性关系,确定对应的两个温度表征量输出值。
该两个测温点TW1、TW2可以是CMOS温度传感器有效输出温度内的任意两个温度值,例如图2中所示的TW1=-55℃和TW2=125℃。并且,根据公式3中预定线性关系中的斜率默认值A和截距默认值B,计算该两个测温点下的两个温度表征量输出值。
两个温度表征量输出值具体计算如下:
从而得出:
μ (公式5)
公式4、5中,μ1、μ2分别为所述两个温度表征值输出值,T1、T2分别为所述两个测温点下的两个温度读出值。该计算可在数据处理单元140中完成。
在步骤S300,根据两个测温点TW1、TW2和该两个温度表征量输出值μ1、μ2,进行实际线性关系拟合,确定斜率校准值和截距校准值。
该计算可在数据处理单元中完成。具体地,确定斜率校准值和截距校准值的计算公式如下:
首先,对每个测温点和对应的温度表征量输出进行实际线性关系拟合:
进而得出:
B (公式7)
其中,AC为斜率校准值,BC为截距校准值,TW1、TW2为所述两个测温点。
接着,可将计算出的斜率校准值AC和截距校准值BC分别填入斜率寄存器120和截距寄存器130,从而完成对CMOS温度传感器的校准。
综上所述,本发明的校准装置和方法,不需要外加电压源,只需两个测温点即可完成在一定温度范围内(如-55℃~125℃)的温度校准,从而可将CMOS温度传感器的精度提高至±0.2℃的精度,并且该校准装置和方法校准速度快,不增加***电路,从而大大降低了测试成本。
Claims (6)
1.一种用于CMOS温度传感器的温度校准装置,其特征在于,包括CMOS感温电路、数据处理单元、斜率寄存器、截距寄存器、温度值寄存器以及标准测温计,其中:
该CMOS感温电路和该数据处理单元相连接,其具有一个温度表征预定变量,并输出温度读出值,该温度读出值与该温度表征预定变量为预定线性关系;
该斜率寄存器和该数据处理单元相连接,用于寄存斜率默认值或斜率校准值;
该截距寄存器和该数据处理单元相连接,用于寄存截距默认值或截距校准值;
该标准测温计与该数据处理单元相连接,用于确定两个测温点;
该温度值寄存器与该数据处理单元相连接,用于寄存在该两个测温点对应的该CMOS感温电路的两个温度读出值,所述两个温度读出值与所述两个测温点分别一一对应;
该数据处理单元用于根据该两个温度读出值和该预定线性关系,确定对应的两个温度表征量输出值,并根据该两个测温点和该两个温度表征量输出值,进行实际线性关系拟合,确定该斜率校准值和该截距校准值。
2.根据权利要求1所述的用于CMOS温度传感器的温度校准装置,其特征在于,所述数据处理单元为微处理器。
3.一种用于CMOS温度传感器的温度校准方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
S100,确定该CMOS温度传感器的温度表征预定变量和温度读出值变量的预定线性关系,该预定线性关系包括斜率默认值和截距默认值;
S200,在两个测温点下,利用CMOS温度传感器的两个温度读出值,并根据该预定线性关系,确定对应的两个温度表征量输出值;
S300,根据该两个测温点和该两个温度表征量输出值,进行实际线性关系拟合,确定斜率校准值和截距校准值。
4.根据权利要求3所述的用于CMOS温度传感器的温度校准方法,其特征在于,所述预定线性关系为:
TOUT=A.μ+B;
其中,TOUT为温度读出值变量,μ为温度表征预定变量,A为斜率默认值,B为截距默认值。
5.根据权利要求4所述的用于CMOS温度传感器的温度校准方法,其特征在于,所述两个温度表征量输出值分别为:
μ1=(T1-B)/A
;
μ2=(T2-B)/A
其中,μ1、μ2分别为所述两个温度表征值输出值,T1、T2分别为所述两个测温点下该CMOS温度传感器的两个温度读出值。
6.根据权利要求5所述的用于CMOS温度传感器的温度校准方法,其特征在于,所述斜率校准值和截距校准值为:
Ac=(TW2-TW1)/(μ2-μ1)
;
Bc=-(Aμ2-TW2)
其中,AC为所述斜率校准值,BC为所述截距校准值,TW1、TW2为所述两个测温点。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310211368.8A CN103245435B (zh) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | 用于cmos温度传感器的温度校准装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310211368.8A CN103245435B (zh) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | 用于cmos温度传感器的温度校准装置及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103245435A CN103245435A (zh) | 2013-08-14 |
CN103245435B true CN103245435B (zh) | 2015-07-29 |
Family
ID=48925105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310211368.8A Active CN103245435B (zh) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | 用于cmos温度传感器的温度校准装置及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103245435B (zh) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103528714B (zh) * | 2013-09-27 | 2016-11-02 | 上海贝岭股份有限公司 | 集成cmos温度传感器的温度校准装置和方法 |
CN103712741B (zh) * | 2013-11-15 | 2016-01-20 | 上海新干通通信设备有限公司 | 线性压力传感器的校正方法 |
CN105548241B (zh) * | 2015-12-23 | 2018-11-06 | 交通运输部公路科学研究所 | 沥青软化点仪的校准方法及装置 |
CN105352630A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-02-24 | 深圳市博巨兴实业发展有限公司 | 一种用于温度传感器芯片的分段线性校准***及方法 |
CN108955952A (zh) * | 2018-09-25 | 2018-12-07 | 浙江敏源传感科技有限公司 | 一种数字温度传感器及其温度校准方法、存储介质 |
CN109186790B (zh) * | 2018-10-18 | 2020-11-10 | 卓捷创芯科技(深圳)有限公司 | 一种提高半导体温度传感器测量精度的方法 |
US10677664B1 (en) * | 2019-05-20 | 2020-06-09 | Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited | Single-temperature-point temperature sensor sensitivity calibration |
CN113340470B (zh) * | 2021-07-13 | 2024-04-09 | 上海料聚微电子有限公司 | 一种温度传感器及其片上高精度校准方法 |
CN114020069B (zh) * | 2021-11-05 | 2022-12-09 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 温度调节方法、温度调节装置和半导体工艺设备 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1813175A (zh) * | 2003-06-27 | 2006-08-02 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于温度校准的方法和装置 |
CN102116687A (zh) * | 2010-01-05 | 2011-07-06 | 上海华虹Nec电子有限公司 | 温度传感器芯片校准温度精度的方法 |
CN102435336A (zh) * | 2011-10-11 | 2012-05-02 | 中国科学院半导体研究所 | 具有双精度工作模式的可编程cmos温度传感器 |
CN102998017A (zh) * | 2011-09-07 | 2013-03-27 | 富士电机株式会社 | 功率半导体装置的温度测量设备 |
CN203298898U (zh) * | 2013-05-30 | 2013-11-20 | 上海贝岭股份有限公司 | 用于cmos温度传感器的温度校准装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7140767B2 (en) * | 2004-11-02 | 2006-11-28 | Standard Microsystems Corporation | Programmable ideality factor compensation in temperature sensors |
-
2013
- 2013-05-30 CN CN201310211368.8A patent/CN103245435B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1813175A (zh) * | 2003-06-27 | 2006-08-02 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于温度校准的方法和装置 |
CN102116687A (zh) * | 2010-01-05 | 2011-07-06 | 上海华虹Nec电子有限公司 | 温度传感器芯片校准温度精度的方法 |
CN102998017A (zh) * | 2011-09-07 | 2013-03-27 | 富士电机株式会社 | 功率半导体装置的温度测量设备 |
CN102435336A (zh) * | 2011-10-11 | 2012-05-02 | 中国科学院半导体研究所 | 具有双精度工作模式的可编程cmos温度传感器 |
CN203298898U (zh) * | 2013-05-30 | 2013-11-20 | 上海贝岭股份有限公司 | 用于cmos温度传感器的温度校准装置 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
BDJ光探测器的温度特性及其温度校准研究;邓宏等;《半导体光电》;20080831;第29卷(第4期);511-515 * |
CMOS温度传感器校准算法设计与实现;刘宇飞等;《电子产品世界》;20120430(第4期);30-31、37 * |
在-55~125℃范围内误差小于±0.3℃硅基温度传感器;冯晓星等;《半导体学报》;20071231;第28卷(第12期);1972-1978 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103245435A (zh) | 2013-08-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103245435B (zh) | 用于cmos温度传感器的温度校准装置及方法 | |
CN103528714B (zh) | 集成cmos温度传感器的温度校准装置和方法 | |
CN105387859B (zh) | Mems传感器组合温度漂移误差补偿方法 | |
CA2913904C (en) | Flow meter and a method of calibration | |
EP2847564B1 (en) | Method and device for sensing isotropic stress and providing a compensation for the piezo-hall effect | |
CN203298898U (zh) | 用于cmos温度传感器的温度校准装置 | |
KR101792533B1 (ko) | 향상된 동작범위를 위한 방법 및 질량 흐름 제어기 | |
US20210356329A1 (en) | Device and Method for Determining a Temperature or a Temperature-Dependent Value Usable for Determining the Temperature, Temperature Sensor, Pressure Sensor and Combination Sensor | |
US20130218502A1 (en) | Temperature compensated pressure transducer | |
US10295416B2 (en) | Temperature sensing circuit with temperature coefficient estimation and compensation using time variable substrate heating | |
CN102116687B (zh) | 温度传感器芯片校准温度精度的方法 | |
US8874387B2 (en) | Air flow measurement device and air flow correction method | |
US8132465B1 (en) | Sensor element placement for package stress compensation | |
CN102483340B (zh) | 流量传感器 | |
US20110110396A1 (en) | Bimetallic integrated on-chip thermocouple array | |
CN106441644A (zh) | 一种硅压阻式压力传感器温度漂移的补偿方法 | |
EP2887057A1 (en) | Device and method of humidity compensated gas concentration monitoring by thermal conductivity measurements | |
CN107860510A (zh) | 一种压力传感器的校准方法 | |
CN203203693U (zh) | 高精度电子秤 | |
CN102288357A (zh) | 双重物理量传感器 | |
CN100437061C (zh) | 用于温度校准的方法和装置 | |
CN206420436U (zh) | 带cmos温度传感器的温度补偿型半导体应变计 | |
WO2021185134A1 (zh) | 校温片及其应用方法 | |
CN203502144U (zh) | 集成cmos温度传感器的温度校准装置 | |
CN106959170A (zh) | 用于测量材料内部温度的敏感元件及基于该敏感元件的温度传感器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |