CN103645770A - 一种cmos集成温度传感器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CMOS集成温度传感器电路，所述传感器电路包括正温度系数电流产生电路、电流镜、电流控制振荡器电路和计数器组成。所述正温度系数电流产生电路与外部电源相连，产生与绝对温度成正比的电流；所述电流镜将所述正温度系数电流进行镜像复制为多路同温度系数电流；所述电流控制振荡器在所述多路同温度系数电流控制下进行振荡，输出与绝对温度成正比的振荡信号；所述计数器对所述振荡信号进行计数并输出计数结果。本发明利用与绝对温度成正比的电流，控制振荡器进行振荡，产生与绝对温度成精确正比例关系的周期信号，从而得到精确的温度信息。本发明能够有效提高温度传感器精度，且结构简单，完全与CMOS工艺兼容。

Description

一种CMOS集成温度传感器电路
技术领域
本发明涉及CMOS集成传感器领域，尤其涉及一种CMOS集成温度传感器电路。
背景技术
传感器是物联网发展中最基本、最底层的基础设备，对物体、环境等进行感知识别、完成信息采集的关键作用。温度传感器是最为基本的传感器类型之一，在工业生产、科研及生活领域中应用广泛，尤其应用在各类智能卡及RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)标签中，能够精确感知所处环境温度，是一项关键技术。目前主流的各类智能卡及RFID标签均采用CMOS工艺实现，能够与CMOS工艺完全兼容的温度传感器由于各类器件的失配，无法实现对温度的精确检测。
发明内容
为实现高精度的CMOS集成温度传感器，本发明提供一种CMOS集成温度传感器电路，能够输出一与绝对温度成正比的数字信号，提供对温度的高精度检测。
本发明所述的一种CMOS集成温度传感器电路，包括正温度系数电流产生电路、电流镜、电流控制振荡器电路和计数电路。
所述正温度系数电流产生电路与外部电源连接，输出与绝对温度成正比的第一偏置电流和第二偏置电流；
所述电流镜对所述第一偏置电流和第二偏置电流进行比例复制，得到所述多路同温度系数控制电流；
所述多路同温度系数控制电流输入所述电流控制振荡器，所述电流控制振荡器输出频率与输入控制电流成正比的周期性信号；
所述计数电路对所述电流控制振荡器输出的周期性信号进行计数。
本发明能够输出与绝对温度成正比的计数值，经过换算即可得到精确的环境温度信息。
附图说明
图1为本发明CMOS集成温度传感器的原理框图
图2为本发明CMOS集成温度传感器较优选实施例的电路原理图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
图1是本发明一种CMOS集成温度传感器的结构图。如图1所示，本发明所述CMOS集成温度传感器由正温度系数电流产生电路1、电流镜电路2、电流控制振荡器3和计数电路构成。其中正温度系数电流产生电路1产生于绝对温度成正比的偏置电流，该偏置电流经电流镜电路2镜像后，得到多路与绝对温度成正比的同温度系数控制电流。将电流镜电路2产生的多路同温度系数控制电流接入电流控制振荡器电路3中，产生频率一定的周期性信号，该周期性信号频率与输入控制电流成正比，进而与绝对温度成正比。利用计数电路4对电流控制振荡器电路3输出的周期性信号进行计数，该计数值大小与绝对温度成正比，通过对计数时长进行调节，可提高温度检测的精度。
图2所示为本发明CMOS集成温度传感器较优选实施例的电路原理图。如图2所示，正温度系数电流产生电路1包括PMOS管PM1、PM2，电阻R1，PNP三极管Q1、Q2以及运算放大器U1。PNP三极管Q1、Q2的发射极均与基极相连，接到地；PNP三极管Q1集电极与运算放大器U1一端相连，同时连接PMOS管PM1漏极；电阻R1连接在PMOS管PM2漏极与PNP三极管Q2集电极之间；运算放大器U1另一端连接在电阻R1与PMOS管PM2漏极之间；PMOS管PM1、PM2均与运算放大器U1输出端相连；PMOS管PM1、PM2源极及衬底均与外部电源相连。PMOS管PM1漏极流出第一偏置电流(I1)，PMOS管PM2漏极流出第二偏置电流(I2)，所述第一偏置电流(I1)和第二偏置电流(I2)相等，并与绝对温度成正比。
图2中，电流镜电路2由PMOS管PM3、PM4、PM5构成，PMOS管PM3、PM4、PM5的栅极均与正温度系数电流产生电路1中运算放大器U1的输出端相连，PM3、PM4、PM5源极及衬底均与外部电源相连，PM3漏端输出第三偏置电流(I3)，PM4漏端输出第四偏置电流(I4)，PM5漏端输出第五偏置电流(I5)。
图2中，电流控制振荡器电路3由电流控制反相器U2、U3、U4，电容C1、C2、C3及反相器U5构成。其中电流控制反相器U2、U3、U4首尾相连，电容C1接在电流控制反相器U2输出端与地之间，电容C2接在电流控制反相器U3输出端与地之间，电容C3接在电流控制反相器U4输出端与地之间，反相器U5输入端与电流控制反相器U4输出端相连。电流控制反相器U2、U3、U4与电容C1、C2、C3构成电流控制振荡器电路，输出周期性信号频率与第三偏置电流I3，第四偏置电流I4和第五偏置电流I5成正比。反相器U5对上述周期性信号进行整形。
图2中计数电路4对反相器U5输出的周期性信号进行计数，每次计数前，将计数电路4进行复位。每次复位，计数电路的输出更新一次计数结果，同时重新开始计数，这样计数电路输出的计数值就和温度成正比，从而实现对温度的精确检测。
通过加大计数电路的计数容量、延长计数时间，可以提高本发明CMOS集成温度传感器的温度检测精度，应用于高精度检测场合；同时，降低电流控制振荡器电路3的振荡频率、减小正温度系数电流产生电路1所产生的电流大小，能够明显的降低本发明温度传感器的功耗，应用于低功耗场合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的设计原则、技术方案之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明保护范围内。

Claims (6)

1.一种CMOS集成温度传感器电路，其特征在于，所述温度传感器电路包括正温度系数电流产生电路、电流镜、电流控制振荡器电路和计数电路，其中：
所述正温度系数电流产生电路与外部电源连接，输出与绝对温度成正比的电流；
所述电流镜将与绝对温度成正比的电流按比例复制，输出与绝对温度成正比的多路同温度系数镜像电流；
所述电流控制振荡器电路在所述多路同温度系数镜像电流控制下工作，输出频率与控制电流成正比、同时与绝对温度成正比的周期性信号；
所述计数电路对所述电流控制振荡器输出的周期性信号进行计数，每次计数前，将计数电路进行复位，计数电路的输出更新一次计数结果，同时重新开始计数，从而实现对温度的精确检测，该计数值大小与绝对温度成正比，通过对计数时长进行调节，提高温度检测的精度。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述正温度系数电流产生电路包括PNP三极管Q1和PNP三极管Q2、电阻R1、运算放大器U1和PMOS管PM1、PM2，PNP三极管Q1、Q2的发射极均与基极相连，接到地；PNP三极管Q1集电极与运算放大器U1一端相连，同时连接PMOS管PM1漏极；电阻R1连接在PMOS管PM2漏极与PNP三极管Q2集电极之间；运算放大器U1另一端连接在电阻R1与PMOS管PM2漏极之间；PMOS管PM1、PM2均与运算放大器U1输出端相连；PMOS管PM1、PM2源极及衬底均与外部电源相连；PMOS管PM1漏极流出第一偏置电流I1，PMOS管PM2漏极流出第二偏置电流I2，所述第一偏置电流I1和第二偏置电流I2相等，并与绝对温度成正比。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述运算放大器U1为采用CMOS工艺制作的运算放大器。
4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电流镜电路为采用CMOS工艺制作的电流镜，所述电流镜输出多路控制电流，所述多路控制电流与所述第一偏置电流I1、第二偏置电流I2成比例。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电流控制振荡器采用多个电流控制反向延迟单元首尾相连构成，所述电流控制反向延迟单元数量为奇数。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述电流控制反向延迟单元由电流控制反相器与电容构成，所述电容连接在所述电流控制反相器输出端与地之间。
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