CN113465783B - 一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法 - Google Patents

一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法 Download PDF

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Abstract

一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法，所述截距是指线性模拟输出表达式中的截距，通过在所述截距部分设置第一修调电阻R1和在所述线性模拟输出表达式中的斜率部分设置第二修调电阻R2，使所述第二修调电阻R2的修调变化△R2反向于所述第一修调电阻R1的变化△R1，从而能够在截距得到修调的同时保持斜率不变。

Description

一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法
技术领域
本发明涉及温度传感器截距技术，特别是一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法，所述截距是指线性模拟输出表达式中的截距，通过在所述截距部分设置第一修调电阻R1和在所述线性模拟输出表达式中的斜率部分设置第二修调电阻R2，使所述第二修调电阻R2的修调变化△R2反向于所述第一修调电阻R1的变化△R1，从而能够在截距得到修调的同时保持斜率不变。
背景技术
在进行模拟输出的线性温度传感器设计时，实际温度传感器芯片总会受到工艺参数、封装应力等影响，使得其输出结果和电路仿真有一定偏差。为了得到想要的精度，需要对芯片进行修调(Trim)，例如，Trim温度传感器截距技术。但是，如何能进行简单有效的Trim是一个急需解决的问题。本发明人认识到，温度传感器芯片的线性模拟输出表达式中涉及斜率和截距，而斜率和截距中又涉及到共用的修调电阻，所以，当改变截距的同时往往会使斜率发生变化，这就使得仅仅需要截距修调的Trim工作无法进行。本发明人认为，如果通过在所述截距部分设置第一修调电阻R1和在所述线性模拟输出表达式中的斜率部分设置第二修调电阻R2，使所述第二修调电阻R2的修调变化△R2反向于所述第一修调电阻R1的变化△R1，从而能够在截距得到修调的同时保持斜率不变。有鉴于此，本发明人完成了本发明。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法，所述截距是指线性模拟输出表达式中的截距，通过在所述截距部分设置第一修调电阻R1和在所述线性模拟输出表达式中的斜率部分设置第二修调电阻R2，使所述第二修调电阻R2的修调变化△R2反向于所述第一修调电阻R1的变化△R1，从而能够在截距得到修调的同时保持斜率不变。
本发明的技术方案如下：
一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法，其特征在于，通过以输出端作为线性模拟输出电压端Vout的运算放大器确定与所述运算放大器的负向输入端分别连接的第一修调电阻R1和第二修调电阻R2，所述运算放大器的负向输入端通过所述第一修调电阻R1连接带隙基准电压电路中的零温度系数带隙基准电压端VBG，所述运算放大器的负向输入端通过所述第二修调电阻R2连接接地端，所述运算放大器的正向输入端连接所述带隙基准电压电路中的正温度系数电压端Vptat，线性模拟输出电压端Vout通过第三电阻R3连接所述运算放大器的负向输入端，当对线性模拟输出Vout表达式中的截距进行修调时，先改变R1以满足截距修调，然后使所述第二修调电阻R2的修调变化△R2反向于所述第一修调电阻R1的变化△R1。
修调变化根据以下关系式执行：△R2*R1＝-△R1*R2。
所述线性模拟输出Vout表达式如下：
Figure BDA0002434053990000021
式中含Vptat项决定斜率值，含VBG项决定截距值，改变R1则改变截距值，根据以下设定成立式运算得出同时改变R2则使
Figure BDA0002434053990000022
保持不变：
Figure BDA0002434053990000023
由上式求得：
Figure BDA0002434053990000024
所述带隙基准电压电路包括基极互连的第一NPN三极管和第二NPN三极管，所述第一NPN三极管中的三极管个数与所述第二NPN三极管中的三极管个数之比为n:1，n为大于1的自然数，所述第二NPN三极管的基极连接所述零温度系数带隙基准电压端VBG，所述第一NPN三极管中的发射极通过第四电阻R4连接所述正温度系数电压端Vptat，所述第二NPN三极管的发射极连接所述正温度系数电压端Vptat，所述正温度系数电压端Vptat通过第五电阻R5连接接地端，所述第一NPN三极管的集电极分别连接第一PMOS管的漏极和栅极以及第二PMOS管的栅极，所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极均连接电源电压端，所述第二PMOS管的漏极连接所述第二NPN三极管的集电极，所述线性模拟输出电压端Vout通过负载电容连接接地端。
本发明的技术效果如下：本发明一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法，通过对电阻R1和电阻R2的反向阻值修调使得在进行截距Trim的同时保证斜率不变，反向阻值修调是指电阻R1和电阻R2的变化相反，即一个增大则另一个减小。
附图说明
图1是实施本发明一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法所应用的电路结构示意图。
图2是图1中带隙基准电压电路Bandgap的结构示意图。
附图标记列示如下：Bandgap-带隙基准电压电路；VDD-电源电压端；OPA-运算放大器；VBG-零温度系数带隙基准电压端(零温度系数带隙基准电压VBG，VBG为负温度系数电压VBE2与正温度系数电压Vptat之和，VBE2是BQ2基极发射极间电压)；Vptat-正温度系数电压端；Vout-线性模拟输出电压端；CL-负载电容；GND-接地端；Mp1-第一PMOS管；Mp2-第二PMOS管；BQ1-第一NPN三极管；BQ2-第二NPN三极管；n:1-BQ1与BQ2的三极管个数比或面积比；R1-第一修调电阻；R2-第二修调电阻；R3～R5-第三电阻至第五电阻。
具体实施方式
下面结合附图(图1-图2)对本发明进行说明。
图1是实施本发明一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法所应用的电路结构示意图。图2是图1中带隙基准电压电路Bandgap的结构示意图。参考图1至图2，一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法，通过以输出端作为线性模拟输出电压端Vout的运算放大器OPA确定与所述运算放大器OPA的负向输入端(-)分别连接的第一修调电阻R1和第二修调电阻R2，所述运算放大器OPA的负向输入端(-)通过所述第一修调电阻R1连接带隙基准电压电路Bandgap中的零温度系数带隙基准电压端VBG，所述运算放大器OPA的负向输入端通过所述第二修调电阻R2连接接地端GND，所述运算放大器OPA的正向输入端(+)连接所述带隙基准电压电路Bandgap中的正温度系数电压端Vptat，线性模拟输出电压端Vout通过第三电阻R3连接所述运算放大器OPA的负向输入端(-)，当对线性模拟输出Vout表达式中的截距进行修调时，先改变R1以满足截距修调，然后使所述第二修调电阻R2的修调变化△R2反向于所述第一修调电阻R1的变化△R1。修调变化根据以下关系式执行：△R2*R1＝-△R1*R2。
所述线性模拟输出Vout表达式如下：
Figure BDA0002434053990000041
式中含Vptat项决定斜率值，含VBG项决定截距值，改变R1则改变截距值，根据以下设定成立式运算得出同时改变R2则使
Figure BDA0002434053990000042
保持不变：
Figure BDA0002434053990000043
由上式求得：
Figure BDA0002434053990000044
所述带隙基准电压电路Bandgap包括基极互连的第一NPN三极管BQ1和第二NPN三极管BQ2，所述第一NPN三极管BQ1中的三极管个数与所述第二NPN三极管BQ2中的三极管个数之比为n:1，n为大于1的自然数，所述第二NPN三极管BQ2的基极连接所述零温度系数带隙基准电压端VBG，所述第一NPN三极管BQ1中的发射极通过第四电阻R4连接所述正温度系数电压端Vptat，所述第二NPN三极管BQ2的发射极连接所述正温度系数电压端Vptat，所述正温度系数电压端Vptat通过第五电阻R5连接接地端GND，所述第一NPN三极管BQ1的集电极分别连接第一PMOS管Mp1的漏极和栅极以及第二PMOS管Mp2的栅极，所述第一PMOS管Mp1的源极和所述第二PMOS管Mp2的源极均连接电源电压端VDD，所述第二PMOS管Mp2的漏极连接所述第二NPN三极管BQ2的集电极，所述线性模拟输出电压端Vout通过负载电容CL连接接地端GND。
如图1所示，电路结构由两部分组成，左边是Bandgap产生电路，右边是由OPA和电阻构成的运算电路。左边框图中显示的电路是Bandgap电路的核心部分，这里简化其电路是为了更好地说明本发明Trim方法的工作原理。通过设置合适的电阻R1～R3的阻值，可以灵活设计出不同斜率值和截距的与温度成线性关系的Vout。由图1可得输出表达式为：
Figure BDA0002434053990000045
其中Vptat项决定斜率值，VBG项决定截距值。由公式(1-1)可知，Trim电阻R1的值可以直接改变截距，但同时会造成斜率值的改变。为了使斜率保持不变，在Trim电阻R1的同时，对电阻R2进行Trim，使得斜率保持不变，下面进行公式推导：
假设电阻R1相对于R1的改变量为△R1，为了保证斜率值不变，电阻R2相对于R2的改变量为△R2。假设斜率保持不变，可得：
Figure BDA0002434053990000051
化简公式并约掉极小值最终可得：
Figure BDA0002434053990000052
其中“-”号表示，电阻R1和电阻R2的变化相反，即一个增大则另一个减小。因此可知，通过Trim电阻R1来实现对温度传感器的截距修调时，同时按照一定比列改变电阻R2的值，就可以实现斜率保持不变。由此可见，本发明从温度传感器的输出表达式入手，通过精确的公式推导，证实了在进行截距Trim的同时保证斜率不变的可行性，从而得到本发明能够实现的有效的Trim方法。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (4)

1.一种温度传感器线性模拟输出的截距修调方法，其特征在于，通过以输出端作为线性模拟输出电压端Vout的运算放大器确定与所述运算放大器的负向输入端分别连接的第一修调电阻R1和第二修调电阻R2，所述运算放大器的负向输入端通过所述第一修调电阻R1连接带隙基准电压电路中的零温度系数带隙基准电压端VBG，所述运算放大器的负向输入端通过所述第二修调电阻R2连接接地端，所述运算放大器的正向输入端连接所述带隙基准电压电路中的正温度系数电压端Vptat，线性模拟输出电压端Vout通过第三电阻R3连接所述运算放大器的负向输入端，当对线性模拟输出Vout表达式中的截距进行修调时，先改变R1以满足截距修调，然后使所述第二修调电阻R2的修调变化△R2反向于所述第一修调电阻R1的变化△R1。
2.根据权利要求1所述的温度传感器线性模拟输出的截距修调方法，其特征在于，修调变化根据以下关系式执行：△R2*R1＝-△R1*R2。
3.根据权利要求1所述的温度传感器线性模拟输出的截距修调方法，其特征在于，所述线性模拟输出Vout表达式如下：
Figure FDA0002434053980000011
式中含Vptat项决定斜率值，含VBG项决定截距值，改变R1则改变截距值，根据以下设定成立式运算得出同时改变R2则使
Figure FDA0002434053980000012
保持不变：
Figure FDA0002434053980000013
由上式求得：
Figure FDA0002434053980000014
4.根据权利要求1所述的温度传感器线性模拟输出的截距修调方法，其特征在于，所述带隙基准电压电路包括基极互连的第一NPN三极管和第二NPN三极管，所述第一NPN三极管中的三极管个数与所述第二NPN三极管中的三极管个数之比为n:1，n为大于1的自然数，所述第二NPN三极管的基极连接所述零温度系数带隙基准电压端VBG，所述第一NPN三极管中的发射极通过第四电阻R4连接所述正温度系数电压端Vptat，所述第二NPN三极管的发射极连接所述正温度系数电压端Vptat，所述正温度系数电压端Vptat通过第五电阻R5连接接地端，所述第一NPN三极管的集电极分别连接第一PMOS管的漏极和栅极以及第二PMOS管的栅极，所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极均连接电源电压端，所述第二PMOS管的漏极连接所述第二NPN三极管的集电极，所述线性模拟输出电压端Vout通过负载电容连接接地端。
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