CN108106747B - 一种基于电容数字转换器的温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明属于传感器技术领域，提供了一种基于电容数字转换器的温度传感器。所述温度传感器包括：用于根据温度变化量生成第一温度变化信号、第二温度变化信号以及第三温度变化信号的传感器前端电路；与所述传感器前端电路连接，用于根据所述第一温度变化信号、所述第二温度变化信号以所述第三温度变化信号生成数字码的CDC读出电路；及与所述CDC读出电路连接，用于对所述数字码进行输出的数字处理电路；通过本发明可有效解决现有温度传感器中CDC读出电路的结构过于复杂，实用性低以及对温度检测误差较大的问题。

Description

一种基于电容数字转换器的温度传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种基于电容数字转换器的温度传感器。

背景技术

随着现代电子技术的高速发展，各类电子产品也逐渐趋于便携化和小型化，基于现代CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺的温度传感器由于其强大的兼容性而得到了越来越广泛地应用；在相关现有技术中，CDC(Capacitance-to-Digital-Converter,电容数字转换器)读出电路将温度传感器电路所检测到的温度变化量转化为可识别的数字码，再将该数字码通过后续的数字处理即可直接得到外界环境的温度值，进而实现了对于环境温度的直接测量。

因此，现有技术至少存在以下问题：现有的CDC读出电路结合了开关电容技术与过采样调制技术来读取温度信号，需要通过电流镜电路、振荡器电路以及计数电路对温度信号进行处理才能得到与温度成正比的计数值，整个温度检测过程操作过于繁琐，CDC读出电路结构过于复杂，电路实现难度较大，并且现有的温度传感器需要对温度信号进行校准后才能得到温度值，增大了温度检测误差。

发明内容

本发明提供一种基于电容数字转换器的温度传感器，旨在解决现有技术中CDC读出电路结构过于复杂、难于实现以及温度传感器具有较大的检测误差较大的问题。

本发明第一方面提供一种基于电容数字转换器的温度传感器，包括：

用于根据温度变化量生成第一温度变化信号、第二温度变化信号以及第三温度变化信号的传感器前端电路；

与所述传感器前端电路连接，用于根据所述第一温度变化信号、所述第二温度变化信号以所述第三温度变化信号生成数字码的CDC读出电路；及

与所述CDC读出电路连接，用于对所述数字码进行输出的数字处理电路。

进一步地，所述CDC读出电路包括：

其信号输入端与所述传感器前端电路连接，用于消除偏移误差的开关电容模块；

与所述开关电容模块的信号输出端连接，用于对所述开关电容模块生成的电压比值信号进行放大的跨导放大模块；及

输入端与跨导放大模块连接，用于根据所述电压比值信号生成数字码的一位量化模块。

进一步地，所述开关电容模块包括：

与所述传感器前端电路连接，用于根据所述第一温度变化信号以及第一时钟信号生成第一充电电荷的第一电容积分单元；

与所述传感器前端电路连接，用于根据所述第一温度变化信号以及第二时钟信号生成第二充电电荷的第二电容积分单元；

与所述传感器前端电路连接，用于根据所述第二温度变化信号、所述第三温度变化信号以及第三时钟信号调节所述第一充电电荷与所述第二充电电荷比值的电容反馈单元；以及

第一MOS开关管，所述第一MOS开关管的漏极与所述第一电容积分单元、所述第二电容积分单元以及所述电容反馈单元连接，所述第一MOS开关管的栅极接第四时钟信号，所述第一MOS开关管的源极为所述开关电容模块信号输出端。

进一步地，所述第一电容积分单元包括：第二MOS开关管、第三MOS开关管以及第一微调电容；

所述第二MOS开关管的漏极与所述传感器前端电路连接，所述第二MOS开关管的源极以及所述第三MOS开关管的漏极与所述第一微调电容的第一端连接，所述第三MOS开关管的源极连接至共模电平，所述第一微调电容的第二端为所述第一电容积分单元的输出端；

其中所述第二MOS开关管的栅极以及所述第三MOS开关管的栅极接所述第一时钟信号。

进一步地，所述第二电容积分单元包括：第四MOS开关管、第五MOS开关管以及第二微调电容；

所述第四MOS开关管的漏极与所述传感器前端电路连接，所述第四MOS开关管的源极、所述第五MOS开关管的漏极与所述第二微调电容的第一端连接，所述第五MOS开关管的源极连接至共模电平，所述第二微调电容的第二端为所述第二电容积分单元的输出端；

所述第四MOS开关管的栅极以及所述第五MOS开关管的栅极接所述第二时钟信号。

进一步地，所述电容反馈单元包括：第六MOS开关管、第七MOS开关管、第八MOS开关管以及第三电容；

所述第六MOS开关管的漏极以及所述第七MOS开关管的漏极与所述传感器前端电路连接，所述第六MOS开关管的源极以及所述第七MOS开关管的源极与所述第三电容的第一端连接，所述第八MOS开关管的源极连接至共模电平，所述第三电容的第二端以及所述第八MOS开关管的漏极为所述电容反馈单元的输出端；

所述第六MOS开关管的栅极、所述第七MOS开关管的栅极以及所述第八MOS开关管的栅极接第三时钟信号。

进一步地，所述跨导放大模块包括：第四电容以及跨导放大器；

所述第四电容的第一端以及所述跨导放大器的反向输入端与所述开关电容模块的信号输出端连接，所述跨导放大器的同向输入端连接至共模电平，所述第四电容的第二端与所述跨导放大器的输出端连接，所述跨导放大器的输出端为所述跨导放大模块的输出端。

进一步地，所述一位量化模块包括比较器以及锁存器；

所述比较器的同向输入端与所述跨导放大模块连接，所述比较器的反向输入端连接至共模电平，所述比较器的输出端与所述锁存器的数据信号输入端连接，所述锁存器的正向输出端和反向输出端为所述CDC读出电路的信号输出端，所述锁存器的时钟信号输入端接第五时钟信号。

进一步地，所述传感器前端电路包括：第一电流偏置回路、第二电流偏置回路、第三电流偏置回路以及，

用于对所述第一电流偏置回路与所述第二电流偏置回路之间的电压差进行放大输出运算放大器；

用于输出所述第三电流偏置回路的电压信号与所述运算放大器输出端的电压信号之和的加法器；

其中所述运算放大器输出端以及所述加法器的输出端为所述传感器前端电路的输出端。

进一步地，所述第一电流偏置回路包括：第一电流源以及第一双极晶体管；

所述第二电流偏置回路包括：第二电流源以及第二双极晶体管；

所述第三电流偏置回路包括：第三电流源以及第三双极晶体管；

其中所述第一电流源连接在电源与所述第一双极晶体管的发射极之间，所述第二电流源连接在电源与所述第二双极晶体管的发射极之间，所述第三电流源连接在电源与所述第三双极晶体管的发射极之间，所述第一双极晶体管的基极、所述第一双极晶体管的集电极、所述第二双极晶体管的基极、所述第二双极晶体管的集电极、所述第三双极晶体管的基极以及所述第三双极晶体管的集电极接地；

所述运算放大器的同相输入端与所述第二双极晶体管的发射极连接，所述运算放大器的反向输入端与所述第一双极晶体管的发射极连接，所述加法器的第一输入端与所述第三双极晶体管的发射极连接，所述加法器的第二输入端与所述运算放大器的输出端连接。

本发明相对于现有技术所取得的有益技术效果是：在上述温度传感器中，CDC读出电路根据传感器前端电路输出的第一温度变化信号、第二温度变化信号以及第三温度变化信号直接生成了与温度变化量相对应的数字码，并且该数字码可以直接作为数字处理电路的输入，无需再对该数字码进行信号倍增变换处理，即提高了对于温度检测的精确性也简化了该CDC读出电路的结构，实用性强；从而有效的解决了现有技术中CDC读出电路结构复杂以及对温度变化检测存在较大误差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于电容数字转换器的温度传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种CDC读出电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种CDC读出电路的电路结构图；

图4是本发明实施例提供的一种传感器前端电路的电路结构图；

图5是本发明实施例提供的一种时钟信号的信号波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的基于电容数字转换器的温度传感器的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，该温度传感器10包括传感器前端电路101、CDC读出电路102以及数字处理电路103。

传感器前端电路101检测外界的温度变化量，并且传感器前端电路101根据该温度变化量生成第一温度变化信号、第二温度变化信号以及第三温度变化信号；CDC读出电路102与传感器前端电路101连接，CDC读出电路102根据该第一温度变化信号、第二温度变化信号以及第三温度变化信号生成数字码，该数字码与所述温度变化量相对应，即通过该数字码可直接反应出外界环境的温度变化量；数字处理电路103与CDC读出电路102连接，数字处理电路103对该数字码进行输出。

具体的，数字处理电路103可实现对于该数字码的显示、编码、优化等一系列处理后，然后将该数字码输出，从而用户可以通过温度传感器10实时、精确地了解外界环境温度的变化量。

具体的，图2示出了本发明实施例提供的CDC读出电路102的结构示意图，详述如下：

如图2所示，CDC读出电路102包括开关电容模块1021、跨导放大模块1022以及一位量化模块1023.

开关电容模块1021的信号输入端与传感器前端电路101连接，开关电容模块1021能够消除偏移误差，其中该偏移误差是指CDC读出电路102中的MOS开关管在闭合或者断开时，由于时钟馈通以及电荷注入所引起的非线性误差电荷。

跨导放大模块1022与开关电容模块1021的信号输出端连接，当开关电容模块1021生成电压比值信号时，跨导放大模块1022对该电压比值信号进行功率放大，以避免该电压比值信号在传输过程中的能量损耗；一位量化模块1023的输入端与跨导放大模块1022连接，跨导放大模块1022根据该电压比值信号生成数字码，从而可通过该数字码来获得高精度的温度变化，减少了该温度传感器10的检测误差。

具体的，图3示出了本发明实施例提供的CDC读出电路102的电路结构图，详述如下：

如图3所示，开关电容模块1021包括第一电容积分单元301、第二电容积分单元302、电容反馈单元303以及第一MOS开关管Q1。

第一电容积分单元301与传感器前端电路101连接，第一电容积分单元301根据第一温度变化信号V_BG以及第一时钟信号生成第一充电电荷；第二电容积分单元302与传感器前端电路101连接，第二电容积分单元302根据所述第一温度变化信号V_BG以及第二时钟信号生成第二充电电荷；由于第一时钟信号的相位与第二时钟信号的相位并不相同，由此产生的第一充电电荷和第二充电电荷的电荷量并不相同，因此在CDC读出电路102中形成了相应的非线性误差电荷。

电容反馈单元303与传感器前端电路101连接，电容反馈单元303根据第二温度变化信号V_BE1、第三温度变化信号V_BE2以及第三时钟信号调节第一充电电荷与第二充电电荷；第一MOS开关管Q1的漏极与第一电容积分单元301、第二电容积分单元302以及电容反馈单元303连接，其中第一MOS开关管Q1的栅极接第四时钟信号，第一MOS开关管Q1的源极为开关电容模块1021的输出端，从而通过电容反馈单元303与第一MOS开关管Q1形成的反馈回路有效地消除了由于第一充电电荷和第二充电电荷之间不均衡所引起的非线性误差电荷。

其中第一电容积分单元301包括第二MOS开关管Q2、第三MOS开关管Q3以及第一微调电容C_Tref；第二MOS开关管Q2的漏极与传感器前端电路101连接，第二MOS开关管Q2的源极以及第三MOS开关管Q3的漏极与第一微调电容C_Tref的第一端连接，第三MOS开关管Q3的源极连接至共模电平V_cm，第一微调电容C_Tref的第二端为第一电容积分单元301的输出端。

其中第二MOS开关管Q2的栅极以及第三MOS开关管Q3的栅极接第一时钟信号；当第一时钟信号输入到第二MOS开关管Q2的栅极以及第三MOS开关管Q3的栅极时，第二MOS开关管Q2以及第三MOS开关管Q3根据该第一时钟信号导通或者关断，从而完成了对于第一电容积分单元301中第一微调电容C_Tref的充放电过程。

其中第二电容积分单元302包括：第四MOS开关管Q4、第五MOS开关管Q5以及第二微调电容C_Toff；第四MOS开关管Q4的漏极与传感器前端电路101连接，第四MOS开关管Q4的源极、第五MOS开关管Q5的漏极与第二微调电容C_Toff的第一端连接，第五MOS开关管Q5的源极连接至共模电平V_cm，第二微调电容C_Toff的第二端为第二电容积分单元302的输出端；

第四MOS开关管Q4的栅极以及第五MOS开关管Q5的栅极接所述第二时钟信号；通过该第二时钟信号即可控制第四MOS开关管Q4以及第五MOS开关管Q5导通或者关断，从而实现了对于第二电容积分单元302中的第二微调电容C_Toff的充放电过程。

其中电容反馈单元303包括第六MOS开关管Q6、第七MOS开关管Q7、第八MOS开关管Q8以及第三电容C_T。

第六MOS开关管Q6的漏极以及第七MOS开关管Q7的漏极与传感器前端电路101连接，第六MOS开关管Q6的源极以及第七MOS开关管Q7的源极与第三电容C_T的第一端连接，第八MOS开关管Q8的源极连接至共模电平V_cm，第三电容C_T的第二端以及第八MOS开关管Q8的漏极为电容反馈单元303的输出端。

第六MOS开关管Q6的栅极、第七MOS开关管Q7的栅极以及第八MOS开关管Q8的栅极接第三时钟信号；具体的，通过第三时钟信号即可实现第六MOS开关管Q6、第七MOS开关管Q7以及第八MOS开关管Q8的导通或者关断，进而平衡上述第一充电电荷和第二充电电荷之间的不均衡误差。

跨导放大模块1022包括第四电容C_f以及跨导放大器OTA；第四电容C_f的第一端以及跨导放大器OTA的反向输入端与开关电容模块1021的信号输出端连接，跨导放大器OTA的同向输入端连接至共模电平V_cm，第四电容C_f的第二端与跨导放大器OTA的输出端连接，跨导放大器OTA的输出端为跨导放大模块1022的输出端。

具体的，跨导放大器OTA能够将输入的差分电压转换为输出电流，当跨导放大器OTA的同向输入端和反向输入端存在电压差信号时，跨导放大器OTA能够将该电压差信号经过转换放大从而输出电流信号，以实现信号的转换与输出。

一位量化模块1023包括比较器Cmp以及锁存器DFF；比较器Cmp的同向输入端与跨导放大模块1022连接，比较器Cmp的反向输入端连接至共模电平V_cm，比较器Cmp的输出端与锁存器DFF的数据信号输入端D连接，锁存器DFF的正向输出端Q和反向输出端Q为CDC读出电路102的信号输出端，锁存器DFF的时钟信号输入端C接第五时钟信号；其中第五时钟信号用于驱动锁存器DFF动作。

需要说明的是，第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号、第四时钟信号以及第五时钟信号有时钟信号产生电路生成，并输出至上述的各个MOS开关管，如第一MOS开关管Q1、第二MOS开关管Q2等，从而控制这些MOS开关管导通或者关断。

需要说明的是，第一微调电容C_Tref和第二微调电容C_Toff的电容容量可调节，在具体的电路应用中，通过微调电容两极板之间的距离、相对位置或者面积即可改变其本身的电容容量，当电容容量发生改变时，流经第一微调电容C_Tref两极板的电荷和流经第二微调电容C_Toff两极板的电荷也会发生变化，从而该CDC读出电路102中的运行电流也会随之而发生改变。

具体的，图4示出了本发明实施例提供的传感器前端电路101的电路结构图，详述如下：

如图4所示，传感器前端电路101包括第一电流偏置回路1011、第二电流偏置回路1012、第三电流偏置回路1013、运算放大器OP1以及加法器Add。

其中运算放大器OP1对第一电流偏置回路1011与第二电流偏置回路1012之间的电压差进行放大输出；具体的，由于第一电流偏置回路1011与第二电流偏置回路1012中的运行电流不相同，由此在第一电流偏置回路1011中的输出电压与第二电流偏置回路1012中输出电压存在电压差，运算放大器OP1对该电压差进行放大输出；加法器Add能够输出第三电流偏置回路1013的电压信号与运算放大器OP1输出端的电压信号之和；其中运算放大器OP1输出端以及加法器Add的输出端为传感器前端电路101的输出端，用于输出温度变化信号。

其中，第一电流偏置回路1011包括：第一电流源I₁以及第一双极晶体管BJT1；第二电流偏置回路1012包括：第二电流源I₂以及第二双极晶体管BJT2；第三电流偏置回路1013包括：第三电流源I₃以及第三双极晶体管BJT3。

具体的，第一电流源I₁连接在电源Vcc与第一双极晶体管BJT1的发射极之间，第二电流源I₂连接在电源Vcc与第二双极晶体管BJT2的发射极之间，第三电流源I₃连接在电源Vcc与第三双极晶体管BJT3的发射极之间，第一双极晶体管BJT1的基极、第一双极晶体管BJT1的集电极、第二双极晶体管BJT2的基极、第二双极晶体管BJT2的集电极、第三双极晶体管BJT3的基极以及第三双极晶体管BJT3的集电极接地。

运算放大器OP1的同相输入端与第二双极晶体管BJT2的发射极连接，运算放大器OP1的反向输入端与第一双极晶体管BJT1的发射极连接，加法器Add的第一输入端与第三双极晶体管BJT3的发射极连接，加法器Add的第二输入端与运算放大器OP1的输出端连接；其中加法器Add的第一输入端的输入信号即为第三双极晶体管BJT3的发射极与集电极之间的电压V_BE，当第一电流源I₁的输出电流与第二电流源I₂的输出电流不相同时，则第一双极晶体管BJT1的发射极与第二双极晶体管BJT2的发射极之间的电势差并不相等，第一双极晶体管BJT1的发射极与第二双极晶体管BJT2的发射极之间的电势差ΔV_BE即为如上所述的第一电流偏置回路1011中的输出电压与第二电流偏置回路1012中输出电压之间的电压差，尽管这种电势差较小，但是经运算放大器OP1的放大处理，进而输出了相应的温度变化信号；因此该温度传感器10能够检测到极小的温度变化量，提高了对于温度检测的精度和灵敏度。

为了更好的说明本实施例，下面通过一个具体的例子来说明温度传感器10的工作原理：

结合图4中所示出的传感器前端电路101的电路结构图，各个双极晶体管的基极-发射极电压，或者PN结二极管的正向电压具有负温度系数，即第三双极晶体管BJT3的发射极与集电极之间的电压V_BE是一个负温度系数电压。若第一电流源I₁中的运行电流与第三电流源I₃中的运行电流之间大小关系为：

I₁＝I₃；

其中第二电流源I₂中的运行电流与第一电流源I₁中的运行电流之间的大小关系为：

I₂＝ρ·I₁；

其中ρ为一常量并预先设定。

由以上两式可得知，如果第一双极晶体管BJT1和第二双极晶体管BJT2工作在不相等的电流密度下，则这两个双极晶体管的基极-发射极电压的差值与绝对温度成正比，相应的，第一双极晶体管BJT1的发射极与第二双极晶体管BJT2的发射极之间的电势差ΔV_BE与温度成正比；若运算放大器OP1的电压放大倍数为α，则加法器Add的输出电压V_BG为：

V_BG＝V_BE+αΔV_BE；

通过调节运算放大器OP1的电压放大倍数α，使加法器Add的输出电压V_BG保持恒定，即加法器Add的输出电压V_BG不随温度的变化而变化。

设定根据上述推导过程，V_BG是不随温度变化而变化的电压值，而ΔV_BE与温度成正比例关系，则μ与温度成正比例关系；最后可以通过公式精确得到温度传感器10的输出温度值D_out，其中所述公式为：

D_out＝A·μ+B

上式中，A和B分别为温度传感器10的倍增因子和温度传感器10的失调因子。

因此，通过以上传感器前端电路101运行的具体实例可知，该传感器前端电路101使用了基于带隙基准电压源电路，即通过多个双极型晶体管及电流偏置器件得到了与温度成函数关系的温度变化信号，该传感器前端电路101将外界的温度变化量转换为温度变化信号，实现了对于温度的精准测量；从而有效地克服了现有技术无法实时得获取高精度的温度变化信号的问题。

当传感器前端电路101生成第一温度变化信号V_BG、第二温度变化信号V_BE1以及第三温度变化信号V_BE2，并将该温度信号传输至CDC读出电路102，该CDC读出电路102根据这些温度变化信号可实时生成相应的数字码，具体步骤如下：

若第一MOS开关管Q1的栅极接第四时钟信号为控制电容反馈单元303中各个MOS开关管导通或关断的第三时钟信号可细分为：/>以及/>其中第六MOS开关管Q6的栅极接第三时钟信号/>第七MOS开关管Q7的栅极接/>第八MOS开关管Q8的栅极接第三时钟信号/>其中图5示出了/> 以及/>的信号波形图；

进一步地，控制第二电容积分单元302中各个MOS开关管导通或者关断的第二时钟信号可细分为：以及/>其中第四MOS开关管Q4的栅极接第二时钟信号/>第五MOS开关管Q5的栅极接第二时钟信号/>并且/>

进一步地，控制第一电容积分单元301中各个MOS开关管导通或关断的第一时钟信号可细分为：以及/>其中第二MOS开关管Q2的栅极接第一时钟信号/>第三MOS开关管Q3接第一时钟信号/>并且：

上式中，Y为锁存器DFF的正向输出端Q的输出信号，为锁存器DFF的反向输出端/>的输出信号，其中Y/>表示信号Y与信号/>之间的逻辑“与”运算，与此类似，/>表示信号/>与信号/>之间的逻辑“与”运算，上式中的“+”表示信号之间的逻辑或运算；需要说明的是，锁存器DFF的时钟信号输入端C接第五时钟信号/>其中/>由于锁存器DFF的正向输出端Q和反向输出端/>为CDC读出电路102的信号输出端，则Y和/>为CDC读出电路102的输出信号，将锁存器DFF的输出信号作为第一MOS开关管Q1和第三MOS开关管Q3的控制信号，形成了闭环反馈控制回路，提高了该CDC读出电路102的稳定性。

由于第二MOS开关管Q2的漏极接第一温度变化信号V_BG，第四MOS开关管Q4的漏极接第一温度变化信号V_BG，第六MOS开关管Q6的漏极接第二温度变化信号V_BE1，第七MOS开关管Q7的漏极接第三温度变化信号V_BE2，其中V_BE1为传感器前端电路101中第一双极晶体管BJT1的发射极与集电极之间的电压，V_BE2为传感器前端电路101中第二双极晶体管BJT2的发射极与集电极之间的电压，则V_BE1与V_BE2之间的电压差ΔV_BE＝V_BE2-V_BE1，该电压差ΔV_BE被用于给第三电容C_T充电，在此过程中，第四电容C_f作为反馈和积分电容，使得第一微调电容C_Tref和第二微调电容C_Toff流向第四电容C_f的电荷趋于0；若这一过程中在N个时钟信号周期内完成，在没有时钟馈通和电荷注入的情况下，由电荷守恒定理可得：

NC_T(V_BE1-V_BE2)-NC_ToffV_BG-nC_TrefV_BG＝0

上式中，n为N个时钟信号周期内锁存器DFF正向输出端Q的输出信号Y为高电平的个数，和/>分别为倍增因子和失调因子，D_out为温度传感器10的输出温度值，其单位为：摄氏度；通过上式可以看出，通过调节/>和/>改变倍增因子和失调因子的大小。

若该CDC读出电路102存在时钟馈通和电荷注入的条件下，则上述电荷守恒的公式将变为：

NC_T(V_BE1-V_BE2)-NC_ToffV_BG-nC_TrefV_BG+NQ_Err,cf+NQ_Err,cj＝0

上式中，NQ_Err,cf和NQ_Err,cj分别是由于时钟馈通和电荷注入引起的误差电荷。

此时温度传感器10的输出温度值D_out为：

上式中，表示由时钟馈通及电荷注入引起的失调误差。当温度传感器10在检测外界温度时，由于NQ_Err,cf和NQ_Err,cj都不变，则由时钟馈通及电荷注入引起的失调误差为一个固定值，通过适当地调节/>的比值即可将该失调误差相抵消。

结合上述应用实例，在本发明实施例所提供的温度传感器中，传感器前端电路将温度变化量精确地转化为温度变化信号，CDC读出电路根据该温度变化信号生成了数字码，该数字码可以直接作为数字处理电路的输入，无需其它的倍增变换操作，提高了该温度检测器对于温度的检测精度；同时CDC读出电路中的开关电容模块可直接将电路中的非线性偏移误差消除，无需其它校准技术，通过调节第一微调电容和第二微调电容的电容值即可避免MOS开关管在导通或关断时出现的误差电荷不均衡现象，简化了CDC读出电路的电路结构，实用性更强；从而有效地克服了现有技术中温度传感器对温度检测的精度不高，CDC读出电路的结构过于复杂以及实用性低的不足之处。

需要说明的是,在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品或者结构所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或者“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于电容数字转换器的温度传感器，其特征在于，包括：

用于根据温度变化量生成第一温度变化信号、第二温度变化信号以及第三温度变化信号的传感器前端电路；

与所述传感器前端电路连接，用于根据所述第一温度变化信号、所述第二温度变化信号以所述第三温度变化信号生成数字码的CDC读出电路；及

与所述CDC读出电路连接，用于对所述数字码进行输出的数字处理电路；

所述CDC读出电路包括：

其信号输入端与所述传感器前端电路连接，用于消除偏移误差的开关电容模块；

与所述开关电容模块的信号输出端连接，用于对所述开关电容模块生成的电压比值信号进行放大的跨导放大模块；及

输入端与跨导放大模块连接，用于根据所述电压比值信号生成数字码的一位量化模块；

所述开关电容模块包括：

与所述传感器前端电路连接，用于根据所述第一温度变化信号以及第一时钟信号生成第一充电电荷的第一电容积分单元；

与所述传感器前端电路连接，用于根据所述第一温度变化信号以及第二时钟信号生成第二充电电荷的第二电容积分单元，所述第一充电电荷和所述第二充电电荷的电荷量不相同；

与所述传感器前端电路连接，用于根据所述第二温度变化信号、所述第三温度变化信号以及第三时钟信号调节所述第一充电电荷与所述第二充电电荷比值的电容反馈单元；以及

第一MOS开关管，所述第一MOS开关管的漏极与所述第一电容积分单元、所述第二电容积分单元以及所述电容反馈单元连接，所述第一MOS开关管的栅极接第四时钟信号，所述第一MOS开关管的源极为所述开关电容模块信号输出端。

2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第一电容积分单元包括：第二MOS开关管、第三MOS开关管以及第一微调电容；

所述第二MOS开关管的漏极与所述传感器前端电路连接，所述第二MOS开关管的源极以及所述第三MOS开关管的漏极与所述第一微调电容的第一端连接，所述第三MOS开关管的源极连接至共模电平，所述第一微调电容的第二端为所述第一电容积分单元的输出端；

其中所述第二MOS开关管的栅极以及所述第三MOS开关管的栅极接所述第一时钟信号。

3.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述第二电容积分单元包括：第四MOS开关管、第五MOS开关管以及第二微调电容；

所述第四MOS开关管的漏极与所述传感器前端电路连接，所述第四MOS开关管的源极、所述第五MOS开关管的漏极与所述第二微调电容的第一端连接，所述第五MOS开关管的源极连接至共模电平，所述第二微调电容的第二端为所述第二电容积分单元的输出端；

所述第四MOS开关管的栅极以及所述第五MOS开关管的栅极接所述第二时钟信号。

4.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述电容反馈单元包括：第六MOS开关管、第七MOS开关管、第八MOS开关管以及第三电容；

所述第六MOS开关管的漏极以及所述第七MOS开关管的漏极与所述传感器前端电路连接，所述第六MOS开关管的源极以及所述第七MOS开关管的源极与所述第三电容的第一端连接，所述第八MOS开关管的源极连接至共模电平，所述第三电容的第二端以及所述第八MOS开关管的漏极为所述电容反馈单元的输出端；

所述第六MOS开关管的栅极、所述第七MOS开关管的栅极以及所述第八MOS开关管的栅极接第三时钟信号。

5.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述跨导放大模块包括：第四电容以及跨导放大器；

所述第四电容的第一端以及所述跨导放大器的反向输入端与所述开关电容模块的信号输出端连接，所述跨导放大器的同向输入端连接至共模电平，所述第四电容的第二端与所述跨导放大器的输出端连接，所述跨导放大器的输出端为所述跨导放大模块的输出端。

6.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述一位量化模块包括比较器以及锁存器；

所述比较器的同向输入端与所述跨导放大模块连接，所述比较器的反向输入端连接至共模电平，所述比较器的输出端与所述锁存器的数据信号输入端连接，所述锁存器的正向输出端和反向输出端为所述CDC读出电路的信号输出端，所述锁存器的时钟信号输入端接第五时钟信号。

7.根据权利要求1-6任一项所述的温度传感器，其特征在于，所述传感器前端电路包括：第一电流偏置回路、第二电流偏置回路、第三电流偏置回路以及，

用于对所述第一电流偏置回路与所述第二电流偏置回路之间的电压差进行放大输出运算放大器；

用于输出所述第三电流偏置回路的电压信号与所述运算放大器输出端的电压信号之和的加法器；

其中所述运算放大器输出端以及所述加法器的输出端为所述传感器前端电路的输出端。

8.根据权利要求7所述的温度传感器，其特征在于，所述第一电流偏置回路包括：第一电流源以及第一双极晶体管；

所述第二电流偏置回路包括：第二电流源以及第二双极晶体管；

所述第三电流偏置回路包括：第三电流源以及第三双极晶体管；

其中所述第一电流源连接在电源与所述第一双极晶体管的发射极之间，所述第二电流源连接在电源与所述第二双极晶体管的发射极之间，所述第三电流源连接在电源与所述第三双极晶体管的发射极之间，所述第一双极晶体管的基极、所述第一双极晶体管的集电极、所述第二双极晶体管的基极、所述第二双极晶体管的集电极、所述第三双极晶体管的基极以及所述第三双极晶体管的集电极接地；

所述运算放大器的同相输入端与所述第二双极晶体管的发射极连接，所述运算放大器的反向输入端与所述第一双极晶体管的发射极连接，所述加法器的第一输入端与所述第三双极晶体管的发射极连接，所述加法器的第二输入端与所述运算放大器的输出端连接。