一种温度传感器电路的制作方法

1.本实用新型涉及cmos模拟电路领域，尤其是一种温度传感器电路。


背景技术：

2.在通常的温度传感器电路中，都是通过二极管的vbe的负温度特性实现温度检测。在cmos工艺中，采用寄生pnp实现，其工作原理如图1所示。电压vbe随温度变化的温度特性曲线如图2所示。
3.定义vbe＝f(t)，vbe是随温度t变化的温度特性曲线。对f(t)求导，得f’(t)。
4.定义线性度公式该值越低越好。
5.这种结构主要有如下缺点：
6.缺点1：寄生pnp管的温度特性曲线的最大值和最小值往往是工艺相关，固定不变的，不利于后级模拟数字转换器adc的处理，温度特性曲线的电压范围可能不在模拟数字转换器adc的量程范围内。
7.缺点2：寄生pnp管温度特性曲线的线性度较差。
8.缺点3：该温度检测结构不能驱动后级的模拟数字转换器adc电路。
9.缺点4：该结构的共摸抑制比较差，温度检测的结果受工艺误差影响较大。


技术实现要素：

10.为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种温度传感器电路。
11.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
12.一种温度传感器电路，包括有：
13.一pmos管m1，pmos管m1的栅极和漏极相连并接地，接成二极管连接方式，源极连接电流源；pmos管m1的源极连接运算放大器op1的正相输入端；
14.一pmos管m2，pmos管m2的栅极和漏极相连并接地，接成二极管连接方式，源极连接电流源；pmos管m2的源极连接运算放大器op2的正相输入端；
15.一运算放大器op1，运算放大器op1的正相输入端连接pmos管m1的源极，运算放大器op1的输出端经由电阻r1p连接于反相输入端；输出端和反相输入端的连接点经由电阻r2p和电阻r3p后接地；电阻r2p和电阻r3p的连接点经由电阻r4p连接全差分运算放大器op3的正相输入端；
16.一运算放大器op2，运算放大器op2的正相输入端连接pmos管m2的源极，运算放大器op2的输出端经由电阻r1n和电阻r2n后连接于反相输入端；输出端和反相输入端的连接点经由电阻r3n后接地；电阻r1n和电阻r2n的连接点经由电阻r4n连接全差分运算放大器op3的反相输入端；
17.一全差分运算放大器op3，全差分运算放大器op3的输出端连接模拟数字转换器adc。
18.本实用新型还具有以下附加技术特征：
19.作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：全差分运算放大器op3的正相输入端两侧分别并联连接有电阻r5p和低通滤波器cp。
20.作为本实用新型技术方案进一步具体优化的：全差分运算放大器op3的反相输入端两侧分别并联连接有电阻r5n和低通滤波器cn。
21.本实用新型和现有技术相比，其优点在于：
22.优点1：提高了温度特性曲线的线性度。
23.优点2：提高了温度检测电路的共模抑制比，降低了温度检测结果对工艺的敏感性。
24.优点3：可以灵活修改温度特性曲线的的最大值和最小值，利于后级模拟数字转换器adc的处理。
25.优点4：能够驱动后级的模拟数字转换器adc电路。
26.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
28.图1为寄生pnp工作原理示意图；
29.图2为图1电压vbe随温度变化的温度特性曲线图；
30.图3为本实用新型的结构示意图；
31.图4为pmos管vgs和pnp管vbe的温度特性曲线图；
32.图5为运放的连接结构示意图；
33.图6为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
34.下面将参照附图更详细地描述本实用新型公开的示例性实施例，这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本实用新型公开的示例性实施例，然而应当理解，本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。
35.一种温度传感器电路，包括有：一pmos管m1，一pmos管m2，一运算放大器op1，一运算放大器op2，一全差分运算放大器op3。
36.一pmos管m1，pmos管m1的栅极和漏极相连并接地，接成二极管连接方式，源极连接电流源；pmos管m1的源极连接运算放大器op1的正相输入端。
37.一pmos管m2，pmos管m2的栅极和漏极相连并接地，接成二极管连接方式，源极连接
电流源；pmos管m2的源极连接运算放大器op2的正相输入端。
38.一运算放大器op1，运算放大器op1的正相输入端连接pmos管m1的源极，运算放大器op1的输出端经由电阻r1p连接于反相输入端；输出端和反相输入端的连接点经由电阻r2p和电阻r3p后接地；电阻r2p和电阻r3p的连接点经由电阻r4p连接全差分运算放大器op3的正相输入端。
39.一运算放大器op2，运算放大器op2的正相输入端连接pmos管m2的源极，运算放大器op2的输出端经由电阻r1n和电阻r2n后连接于反相输入端；输出端和反相输入端的连接点经由电阻r3n后接地；电阻r1n和电阻r2n的连接点经由电阻r4n连接全差分运算放大器op3的反相输入端。
40.一全差分运算放大器op3，全差分运算放大器op3的输出端连接模拟数字转换器adc。
41.优化的：全差分运算放大器op3的正相输入端两侧分别并联连接有电阻r5p和低通滤波器cp。
42.优化的：全差分运算放大器op3的反相输入端两侧分别并联连接有电阻r5n和低通滤波器cn。
43.本实用新型原理一：
44.本实用新型的温度检测电路没有采用通常的寄生pnp管，而是pmos管。pmos管的栅漏相连并接地，接成二极管连接方式，电压vgs的温度特性曲线跟寄生pnp的vbe类似，但是线性度更高。使用pmos管可以修改宽长比，设计时比寄生pnp更加灵活。将pmos管设置在亚阈值区，可以降低功耗，适当增加pmos管的面积，有利于减小失调。
45.根据图3，假设pmos管m1流过的电流为i，vgs的计算公式如下：
[0046][0047][0048]
w/l：pmos管的宽长比；
[0049]
μ：电子迁移率；
[0050]
cox:栅氧化层单位面积电容；
[0051]
vgs:mos管的栅源电压；
[0052]
vth：mos管阈值电压。
[0053]
电子迁移率μ随温度的变化关系是：
[0054][0055]
μ0：室温(to)下的电子迁移率；
[0056]
m：工艺常数，通常取1.5。
[0057]
mos管阈值电压v
th
随温度的变化关系是：
[0058]
v
th
＝v
th0
‑
κt(4)；
[0059]
k：与温度相关的系数；
[0060]
v
th0
：室温(to)下的阈值电压。
[0061]
根据公式(1)
‑
(4)、可以得到vgs随温度的变化关系：
[0062][0063]
图4对比了pmos管vgs和pnp管vbe的温度特性曲线。两者的线性度无法通过肉眼看出，根据线性度公式计算得出，vgs的线性误差为1.165％，而vbe的线性误差为11.71％，可见使用vgs作为温度传感器的检测源，线性度比使用vbe要高出很多。
[0064]
本实用新型原理二：
[0065]
单个二极管方式连接的pmos管，其vgs随温度变化的曲线是工艺相关的，设计时如欲改变vgs随温度变化的电压范围，比较困难。而vgs的范围往往不能满足后级模拟数字转换器adc电路的要求，即vgs的范围不在模拟数字转换器adc的有效量程之内。本实用新型在单个pmos管后增加了一个运算放大器，vgs温度特性曲线的电压范围可以灵活改变；同时，增加一个运放，使温度传感器电路能够驱动后级电路。运放的连接方式如图5所示。
[0066][0067]
根据公式(6)，vgs1仍然可以保持随温度的线性关系，不会引起温度检测的误差。
[0068]
本实用新型原理三：
[0069]
本实用新型的最终完整实现如图6所示。主要用到了两个二极管方式连接的pmos管作为温度传感器的检测源。本实用新型中用到了三个运算放大器。运算放大器op1和运算放大器op2用来改vgs随温度变化的电压范围。全差分运算放大器op3进一步改变vgs随温度变化的电压范围，同时提供了滤波功能并直接驱动后级的模拟数字转换器adc。
[0070]
不同于普通的温度传感器中只采用了单个pnp管，本实用新型使用了两个不同尺寸的二极管方式连接的pmos管，这种结构适用于全差分结构，对调整vgs的变化范围提供了更多的灵活性，最重要是提高了共摸抑制比，因为模拟数字转换器adc最终检测的是两个pmos管vgs的差值，由于工艺误差引起的vgs温度特性曲线的漂移，不会对温度检测结果产生很大的影响。
[0071]
假设m1和m2的温度特性曲线是一条一阶线性曲线，定义：
[0072]
v
gs1
＝k1(t
‑
t0) v1(7)；
[0073]
v
gs2
＝k2(t
‑
t0) v2(8)；
[0074]
其中k1和k2分别是两个pmos管vgs温度特性曲线的斜率，约
‑
1.5mv/℃；v1和v2分别是温度t0＝25℃时两个pmos管vgs对应的值。
[0075]
图6中，增加了一个全差分运算放大器op3，cp和cn用做低通滤波器，去除高频噪
声。模拟数字转换器adc最终检测的vgs的差值为：
[0076][0077]
根据公式(8)，本实用新型可以改变温度特性曲线的斜率，更大的曲线斜率意味着降低了对模拟数字转换器adc分辨率的要求，使得整个温度传感器系统的成本更低。
[0078]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0079]
因此，以上对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。