温度传感器、激光电路、光检测和测距系统及方法与流程

温度传感器、激光电路、光检测和测距系统及方法
1.本公开内容涉及由驱动器电路供电的装置的温度快速感测的领域，该驱动器电路例如被实现为开关电源。具体地，本技术涉及一种温度传感器、一种激光电路、一种光检测和测距系统以及一种用于温度感测的方法。
2.在一些应用中，例如在光检测和测距(lidar)中，当借助于激光二极管来生成并发射光时，在短时间内会发生高的功率耗散。为了确保lidar系统始终在其温度限制内工作以免受到损坏，则除其他外还需要监测温度。这一点尤其重要，因为lidar用于自动驾驶等安全关键应用场景例如自动驾驶中。
3.通常认为温度是一个缓慢变化的变量或尺度。借助于合适的温度传感器来测量温度，该温度传感器提供了与所检测的物体温度相对应的模拟信号。所述模拟信号被转换成数字信号。将此过程中所采用的模数转换器被选择为满足高精度、适中速度和功耗的要求。已知的解决方案基于用于感测温度的双极晶体管和用于转换模拟信号的sigma delta调制器。
4.事实证明，这种通用的温度感测方法不太适合于具有在短时间间隔内导致高温度峰值的高功耗的应用。由于测量的速度相比于发生温度峰值的高速而言较低，已知的方法仅使得能够测量平均温度。
5.因此，能够得到以下目的，即提供一种尤其是在lidar应用中用于改进温度测量的电路和方法。
6.该目的通过独立权利要求的主题来实现。实施例和改进方案在从属权利要求中限定。
7.在一个实施例中，温度传感器具有：第一感测单元，其可操作以提供表示供电单元的第一温度值的第一伪差分单极模拟信号；接口电路，其可操作以提供表示受电单元的第二温度值的第二伪差分单极模拟信号；复用器电路和第一模数转换器(adc)部件。复用器电路可操作以提供包括第一模拟信号或第二模拟信号的伪差分单极复用模拟信号。第一adc部件可操作以根据复用模拟信号来提供第一数字信号。第一数字信号包括第一模拟信号或第二模拟信号的数字表示。第一adc部件的操作与设计为用于激活供电单元的控制信号同步。
8.在下文中，表述“可操作以”用作表述“配置为”、“设计为用于”或“准备”的同义词。
9.第一感测单元将表示供电单元的第一温度值的第一伪差分单极模拟信号提供给复用器电路。接口电路将表示受电单元的第二温度值的第二伪差分单极模拟信号提供给复用器电路。复用器电路将包括第一模拟信号或者第二模拟信号的伪差分单极复用模拟信号提供给第一adc部件。第一adc部件对复用模拟信号执行模数转换，该转换与设计为用于激活供电单元的控制信号在时间上同步。作为该转换的结果，第一adc部件提供第一数字信号。因此，该第一数字信号包括第一模拟信号或第二模拟信号的数字表示。
10.由于第一adc部件的操作与控制信号同步，该控制信号又控制了供电单元的激活以用于向受电单元提供电力，第一温度值和第二温度值的感测(即采样)和模数转换分别与供电单元和受电单元的激活同步。因此，一旦供电单元被激活并且向受电单元提供电力，就
捕获了第一温度值和/或第二温度值，这是第一温度值和第二温度值接近其相应最大值的时间点。对第一温度值和/或第二温度值的最大值的这种检测改进了温度测量，尤其是在lidar应用中的温度测量。在这种应用中，激光二极管实现受电单元，而激光二极管的驱动器实现供电单元。能够利用所提出的温度传感器来检测在激光二极管的激活期间在供电单元内出现的温度峰值以及由其激活所引起的在所述二极管内出现的温度峰值。
11.概念“第一温度值”和“第二温度值”用于区分供电单元的温度值(被称为第一温度值)与受电单元的温度值(被称为第二温度值)。
12.伪差分单极模拟信号表示与基本稳定的参考信号有关的模拟信号。在所述模拟信号包括电压的情况下，伪差分单极模拟信号由实际电压与可接地的参考电压之间的电压差来表示。单极信号仅假定了大于或等于零的值，或者等于零和小于零的值。
13.受电单元可以经由接口电路来连接到温度传感器。
14.复用器电路选择供应给其输入的模拟信号之一，即第一模拟信号或第二模拟信号，并将所选择的输入信号作为复用模拟信号来转发到其单个输出。
15.在一个改进方案中，第一adc部件包括奈奎斯特频率adc，特别是以下adc中之一：逐次逼近型adc、流水线型adc、算法型adc或闪存型adc。第一感测单元包括晶体管。特别地，第一感测单元包括恰好一个双极型晶体管。
16.使用奈奎斯特频率adc(例如逐次逼近型adc)加快了所提出的传感器的温度感测的速度。仅采用一个元件(即一个双极型晶体管)来感测供电单元的温度进一步提高了所提出的传感器中的温度测量的速度。
17.在另外的改进方案中，温度传感器还包括第三感测单元、第二adc部件和控制单元。第三感测单元可操作以提供第三伪差分单极模拟信号，该第三伪差分单极模拟信号表示包括供电单元的集成电路的第三温度值。集成电路被配置为连接到受电单元。第二adc部件可操作以根据第三模拟信号来提供第二数字信号，该第二数字信号包括第三模拟信号的数字表示。控制单元可操作以接收控制信号、第一数字信号和第二数字信号，以既根据控制信号来提供传感器选择信号和adc控制信号，又根据第二数字信号来将校准信号提供给第一adc部件以用于校准该第一adc部件。将传感器选择信号提供给复用器电路。将adc控制信号提供给第一adc部件。
18.第三感测单元提供了表示集成电路的第三温度值的第三单极模拟信号。第三模拟信号被第二adc部件转换成第二数字信号，该第二数字信号包括第三模拟信号或第三温度值的数字表示。控制单元根据控制信号来生成传感器选择信号。将传感器选择信号提供给复用器电路以用于控制复用操作。控制单元还生成了用于控制第一adc部件的adc控制信号。借助于所述adc控制信号，控制第一adc部件的操作。例如，与复用模拟信号一起提供的值的转换的开始与激活供电单元的控制信号同步。借助于传感器选择信号，相应地控制了复用器电路的操作。此外，控制单元考虑到由第二数字信号所传递的信息来生成校准信号。所述校准信号用于校准第一adc部件中的模数转换。
19.借助于第三感测单元来感测第三温度值并且随后使用第二adc部件将其转换成其数字表示，使得能够监测集成电路的平均温度。同样，使用第二数字信号来校准第一adc部件。特别地，依据第二数字信号来校准第一adc部件内所确定的数字值到数字温度值的转换。这提高了与第一数字信号一起提供的值的精度。
20.集成电路可以以芯片的形式来实现，该芯片除此之外还具有供电单元。所述供电单元例如可以被实现为开关电源。
21.在一个改进方案中，第二adc部件包括sigma
‑
delta adc。第三感测单元包括至少两个晶体管。特别地，所述晶体管被实现为双极型晶体管。
22.第二adc部件的sigma
‑
delta adc(也被称为delta
‑
sigma adc或sigma
‑
delta调制器)以高精度来提供第二数字信号。对表示集成电路的温度的第三温度值的测量或采样进行定时，以使得能够监测集成电路的平均温度。在一个示例性实现方式中，每20毫秒或者在自校准模式期间对第三温度值进行采样。
23.第三感测单元由两个双极型晶体管来实现，例如pnp晶体管，其基极端子和集电极端子分别耦合到参考电位端子，并且其发射极端子供应有相应的偏置电流。将所述两个晶体管的发射极电压之间的差被提供作为第三模拟信号。所述信号与绝对温度ctat互补。
24.在另一改进方案中，温度传感器还包括第二感测单元，该第二感测单元可操作以检测受电单元的第二温度值。第二感测单元包括第一二极管，其中所述第一二极管的阳极端子与阴极端子之间的电压表示第二温度值。第一二极管特别被实现为激光二极管。
25.第一二极管可以被实现为垂直腔面发射激光器(vcsel)二极管。二极管两端的电压降取决于所述二极管的温度和用于偏置该二极管的电流。所述电压降表示第二温度值，该第二温度值经由接口电路作为第二模拟信号来供应给复用器电路。
26.仅使用一个电子部件(即第一二极管)来感测第二温度值，增加了温度传感器的速度。因此，能够实现更高的采样率。例如，第二温度值每100微秒采样一次。
27.在另一改进方案中，第二感测单元还包括第二二极管。其中，利用第一电流来偏置第一二极管，利用为第一电流的倍数的第二电流来偏置第二二极管。其中，第一二极管和第二二极管两端的电压降的差表示第二温度值。第二二极管特别包括激光二极管。
28.类似于第一二极管，第二二极管可以由vcsel二极管来实现。利用第一电流和第二电流来偏置第一二极管和第二二极管，以实现所定义的比率。以这种方式，在不损害采样率的情况下以更高的精度来提供第二温度值。
29.在一个示例性实现方式中，在对第二温度值进行采样时使用斩波。详细地，在第一采样中，当第一电流偏置第一二极管并且第二电流偏置第二二极管时，感测第一二极管与第二二极管两端的电压降的差。在第二采样中，第一电流和第二电流的角色掉换或交换，以使得第二电流偏置第一二极管并且第一电流偏置第二二极管。第一电流与第二电流之间的比率仍然保持相同。再次对第一二极管和第二二极管两端的电压降的差进行采样。两个样本都是数字化的，并且控制单元提供采样和转换的平均值。由此，减小了第一二极管和第二二极管的饱和电流中的可能不匹配的影响。
30.在另一改进方案中，第二感测单元表示受电单元。
31.因此，将受电单元重新用作第二感测单元。例如，将均被实现为vcsel的第一二极管和/或第二二极管用于检测其温度。这在实现中达到了空间和成本的节省。此外，借助于激活第一二极管和第二二极管与感测它们的温度之间的同步，使得能够检测功耗处于其最大值处的时间点处的峰值温度。由于采用了快速adc(即被实现为逐次逼近型adc的第一adc部件)，因此能够正确地监测该温度的所述最大值。
32.在一个改进方案中，接口电路包括偏置电路和开关单元。偏置电路可操作以使用
电源电压借助于斩波电压到电流的转换来生成第一电流和第二电流。开关单元包括多个低电压开关和多个高电压开关。高电压开关可操作为以可切换的方式向接口电路的第一输出和第二输出来提供第一电流和第二电流并且选择第一二极管和第二二极管。低电压开关可操作以提供第一电流与第一二极管之间的第一可切换连接以及第二电流与第二二极管之间的第二可切换连接。此外，低电压开关可操作以掉换第一可切换连接和第二可切换连接，以使得第一可切换连接在第一电流与第二二极管之间并且第二可切换连接在第二电流与第一二极管之间。由此在接口电路的第一输出和第二输出处提供了模拟信号。
33.在这方面，高电压指示为5.5至50伏，而低电压是指0至5.5伏。
34.在生成第一电流和第二电流时在偏置电路内实现的斩波电压到电流的转换，确保了第一电流与第二电流之间的精确比率。如上所述，借助于低电压开关，将第一电流和第二电流提供给第一二极管和第二二极管，或者反之亦然。为了将第一电流和第二电流连接到随后连接到复用器电路的接口电路的第一输出和第二输出，使用了被实现为自举开关的高电压开关，其中，实现这种开关的场效应晶体管是借助于本领域技术人员已知的电容电路利用高于所采用的电源电压的栅极电压来控制的。
35.在一个改进方案中，第一adc部件包括用于接收带隙信号的第一输入、用于接收复用模拟信号的第二输入和第三输入、参考生成和调整电路、电容开关阵列、比较部件、逐次逼近型寄存器和缩放部件。参考生成和调整电路可操作以根据带隙信号来生成伪差分单极参考信号并且调整参考信号的共模。电容开关阵列可操作以提供复用模拟信号与参考信号之间的差。比较部件组件可操作以根据复用模拟信号与参考信号之间的差来提供数字位流信号。逐次逼近型寄存器可操作以接收该数字位流信号，并由此提供数字字信号。缩放部件连接在逐次逼近型寄存器的下游，并且可操作以根据控制信号来提供第一数字信号。
36.在第一步骤的每次转换中的第一adc部件中，在第一adc部件的第二输入和第三输入处将参考信号的共模调整为复用模拟信号的共模。在下一步骤中，伪差分复用模拟信号与伪差分参考信号之间的差由电容开关阵列来测量，并在比较部件中逐位地确定，并作为数字位流信号来提供。所述位流信号的位存储在逐次逼近型寄存器中，并且还用于控制电容开关阵列。在每次转换结束时，在逐次逼近型寄存器的输出处提供数字字信号。该数字字信号包括具有多个位(例如九个位)的数字字。缩放部件将数字字缩放为温度值，该温度值具有第一数字信号。
37.在一个改进方案中，第一adc部件还包括共模控制单元，该共模控制单元可操作以根据复用模拟信号和数字位流信号来控制参考信号的共模的调整。
38.通过将参考信号缩放到第一adc部件的输入范围，能够减少adc中所使用的位数。这也允许了更小的输入电容。例如，利用所提出的概念，仅利用九位就可以实现0.5k的分辨率。
39.借助于共模控制单元，参考信号对于所有可能的共模电压而言都是共用的。
40.在一个实施例中，激光电路包括如上定义的温度传感器以及供电单元，该供电单元可操作以根据控制信号来提供用于驱动第二感测单元的电力。
41.在所提出的激光电路中，温度传感器能够在关键时刻，即在发射光脉冲后不久，对所采用的激光二极管的温度进行重复地采样，并且测量被称为供电单元的二极管驱动器的温度，该测量与控制信号同步。这样，能够检测并跟踪温度峰值。因此，能够以高得多的采样
率来测量随时间变化的温度曲线，例如与现有技术相比，供电单元的采样率高1000倍并且受电单元的采样率高100倍。另外还检测了芯片的温度。由此能够确保激光电路总是在允许的温度范围内操作。
42.在一个实施例中，光检测和测距lidar系统包括如上所述的激光电路。激光电路可操作为lidar系统的激光光源。
43.当在lidar系统中使用具有所提出的温度传感器的激光电路时，使得lidar系统能够在安全关键应用中(例如汽车中)使用。
44.在一个实施例中，一种用于温度感测的方法包括以下步骤：
45.‑
感测供电单元的第一温度值，并由此提供第一伪差分单极模拟信号，
46.‑
借助于第一模数转换器adc部件执行第一模拟信号的模数转换，并由此提供包括第一模拟信号数字表示的第一数字信号，
47.‑
感测受电单元的第二温度值，并由此提供第二伪差分单极模拟信号，
48.‑
借助于第一adc部件执行第二模拟信号的模数转换，并由此提供包括第二模拟信号数字表示的第一数字信号，
49.其中，第一模拟信号和第二模拟信号的模数转换的时序相应地与被设计用于激活供电单元的控制信号同步。
50.对第一温度值和第二温度值的转换的时间(即测量和采样供电单元的第一温度值的时间点和受电单元的第二温度值的时间点)的控制与被设计为用于激活供电单元的控制信号同步。供电单元继而向受电单元提供电力，例如以接通受电单元。因此，在供电单元和受电单元处于激活状态的关键时间点处或者直接在激活供电单元和受电单元之后感测并转换第一温度值和第二温度值。在这些时间点处，供电单元和受电单元的相应温度值达到最大。通过使第一温度值和第二温度值的测量与供电单元和受电单元的激活同步，能够利用所提出的方法来检测所述最大温度值。由于在第一adc部件中使用了快速adc，例如逐次逼近型adc，因此所提出的温度传感器能够跟上高采样频率。这改进了温度测量，尤其是在参与激光二极管接通期间达到高温度值的lidar应用中改进了温度测量。
51.所提出的方法可以在以上限定的温度传感器中实现。
52.在一个改进方案中，一旦出现了控制信号的脉冲或脉冲序列，就执行感测第一温度值的步骤。在控制信号的两个脉冲或两个脉冲序列之间执行感测第二温度值的步骤。
53.控制信号包括至少一个脉冲或至少一个脉冲序列。所述脉冲可以通过电流脉冲来实现，该电流脉冲激活供电单元(例如用于vcsel的驱动器电路)，继而又使得受电单元(例如至少一个vcsel)打开以例如发光。供电单元的温度的测量和第一模拟温度值的提供是通过这种脉冲的出现来触发的。在使用几个脉冲的序列来激活驱动受电单元的供电单元的情况下，在所述脉冲序列中的第一脉冲期间对第一温度值进行采样。在用于激活供电单元的后续脉冲(即相继于第一脉冲)期间，感测第二温度值。在借助于控制信号来使用脉冲序列以激活供电单元的情况下，在两个脉冲序列之间出现的时间间隔中感测第二温度值。
54.在一个改进方案中，该方法在感测第一温度值步骤之前还包括：
55.‑
感测包括供电单元的集成电路的第三温度值并由此提供第三伪差分单极模拟信号，该集成电路能够连接到受电单元，
56.‑
借助于第二adc部件执行第三模拟信号的模数转换，并由此提供包括第三模拟信
号的数字表示的第二数字信号，以及
57.‑
根据第二数字信号来提供校准信号以用于校准第一adc部件。
58.对包括供电单元并能够连接到受电单元的集成电路的温度进行测量或采样，并且随后由第二adc部件(例如借助于sigma
‑
delta转换)将其转换为数字值，该数字值与第二数字信号一起提供。然后，使用针对集成电路所确定的数字温度值来提供校准信号，该校准信号校准第一adc部件内的转换。详细地，校准了在第一adc部件内所确定的数字值到在第一adc部件内的数字温度值的转换。由此，以更高的精度提供第一数字信号。附加地采用了第二数字信号来监测集成电路的平均温度。
59.以下文字参照附图使用示例性实施例来详细解释了所提出的温度传感器和所提出的用于温度感测的方法。在功能上相同或具有相同作用的部件和电路元件具有相同的附图标记。就在功能上对应于一个其他电路部分或部件的电路部分或部件而言，在以下附图中的每个中将不再重复其描述。
60.其中：
61.图1示出了所提出的温度传感器和激光电路的实施例示例；
62.图2示出了所提出的用于温度感测的方法的实施例示例；
63.图3示出了表示图1的温度传感器的实现示例的示例性电路图；
64.图4示出了在第一温度值的感测和转换期间图1中所描绘的温度传感器的示例性时序图；
65.图5示出了在第二温度值的感测和转换期间图1中所描绘的温度传感器的示例性时序图。
66.图1示出了所提出的温度传感器和激光电路的实施例示例。温度传感器包括第一感测单元20、接口电路21、复用器电路23和第一模数转换器(adc)部件24。第一感测单元20可操作以提供表示供电单元19的第一温度值的第一伪差分单极模拟信号31。接口电路21可操作以提供表示受电单元22的第二温度值的第二伪差分单极模拟信号32。复用器电路23可操作以提供取决于传感器选择信号39而包括第一模拟信号31或第二模拟信号32的伪差分单极复用模拟信号33。传感器选择信号39根据设计为用于激活供电单元19的控制信号30得出。第一adc部件24准备根据复用模拟信号33来提供第一数字信号34。第一数字信号34包括第一模拟信号31或第二模拟信号32的数字表示。第一adc部件24的操作与控制信号30同步。在本实施例示例中，采用了adc控制信号300，其控制第一adc部件24的操作以与控制信号30同步或保持同步。
67.第一模拟信号和第二模拟信号31、32被提供给复用器电路23。根据传感器选择信号39，复用器电路23将第一模拟信号或者第二模拟信号31、32以复用模拟信号33的形式转发到其输出。第一adc部件24对复用模拟信号33进行模数转换，并由此提供第一数字信号34。第一数字信号34包括第一模拟信号31或者第二模拟信号32的数字表示。第一数字信号34包括数字温度值。
68.由于借助于adc控制信号300来控制与用于激活供电单元19的控制信号30保持同步的第一adc部件24的操作，所以供电单元19的激活和由第一感测单元20对第一温度值进行的采样在时间上彼此协调。由于激活供电单元19使得能够从供电单元19向受电单元22提供电力38，因此借助于传感器选择信号39，感测和采样第二温度值的也与控制信号30在时
间上同步或在时间上协调。因此，能够检测并监测第一温度值和第二温度值的温度峰值或最大值。这在lidar等安全关键应用中尤为重要。
69.在一个实现示例中，第一adc部件24包括奈奎斯特频率adc，例如逐次逼近型adc。
70.在一个示例中，第一感测单元20包括恰好一个双极型晶体管。因此，第一单极模拟信号31由所述晶体管的基极发射极电压来表示。
71.由于仅使用一个元件来感测第一温度值并且在第一adc部件24中采用了逐次逼近型adc，因此能够在200khz的高频处对温度峰值进行采样并将其转换为数字值。
72.温度传感器还可以包括第三感测单元25、第二adc部件26和控制单元27。第三感测单元25可操作以提供第三伪差分单极模拟信号35，该第三伪差分单极模拟信号表示包括供电单元19的集成电路的第三温度值。集成电路准备连接到受电单元22。第二adc部件26配置为根据第三模拟信号35来提供第二数字信号36。第二数字信号36包括第三模拟信号35的数字表示，例如数字温度值。控制单元27准备接收控制信号30、第一数字信号和第二数字信号34、36，以提供adc控制信号300、传感器选择信号39并且提供校准信号37。校准信号37依据第二数字信号36来提供给第一adc部件24。校准信号37用于校准第一adc部件24。借助于第三感测单元25，能够监测包括供电单元和温度传感器的集成电路的平均温度。另外，集成电路的所述平均温度用于校准第一adc部件24，从而提高了在第一adc部件24中所进行的转换的精度。传感器选择信号39由控制单元27根据控制信号30来生成，例如取决于控制信号30中出现的脉冲或脉冲串来生成。
73.在一个示例性实现方式中，第二adc部件26包括sigma
‑
delta adc。这意味着以高精度来提供第二数字信号36。在一个示例性实现方式中，第三感测单元25包括至少两个双极型晶体管，例如pnp晶体管。因此，所述两个晶体管的发射极电压之间的差表示第三模拟信号35。所述两个晶体管之一的基极发射极电压用作第二adc部件26中的参考。
74.温度传感器还可以包括第二感测单元22，该第二感测单元配置为检测受电单元22的第二温度值。从图1中能够得知，第二感测单元22表示受电单元22。换句话说，受电单元22直接用于感测或检测第二温度值。这提高了利用所提出的温度传感器来进行温度测量的速度，并节省了该实现方式的空间和成本。借助于接口电路21，将第二温度值作为第二模拟信号32来提供给复用器电路23。
75.第二感测单元22至少包括第一二极管d1，其中第一二极管d1的阳极端子与阴极端子之间的电压表示第二温度值。
76.在另外的示例性实现方式中，第二感测单元22包括第一二极管d1和第二二极管d2。在所述示例中，利用第一电流来偏置第一二极管d1，而利用第二电流来偏置第二二极管d2。由接口电路21以所定义的比率来提供第一电流和第二电流，以使得第二电流的电平是第一电流的电平的倍数。第一二极管和第二二极管d1、d2两端的电压降的差，即第一二极管和第二二极管d1、d2之间的阳极电压到阴极电压的差，表示了第二温度值。
77.第一二极管和第二二极管分别可以包括激光二极管，特别是vcsel。每个二极管d1、d2被称为参考电位端子10。供电单元19向受电单元22提供电力38。特别地，供电单元19包括驱动器电路，该驱动器电路用于驱动受电单元22，即用于使得二极管d1、d2在提供有控制信号30的脉冲所指示的时间点处发光。
78.激光电路28包括如上所述的温度传感器，尤其是具有控制单元27、第一adc部件24
和第二adc部件26、第一感测单元20、第二感测单元22、复用器电路23、第三感测单元25和供电单元19的温度传感器。如上所述，供电单元19可操作以提供用于驱动第二感测单元22的电力38。特别地，根据控制信号30驱动受电单元22的二极管d1、d2来发光。
79.激光电路28还提供了改进的温度感测，该温度感测能够检测在激光发射期间达到的温度峰值。因此，激光电路28使得能够监测温度峰值，这在安全关键lidar应用中尤为重要。
80.同样如图1中所示，温度传感器可以包括一个以上的第一感测单元20。每个第一感测单元20准备提供表示所监测的供电单元的第一温度值的模拟信号。在必须驱动两个以上的激光二极管的情况下，提供适当数量的供电单元。因此，每个供电单元19的温度都由所提出的温度传感器来进行采样和监测。
81.图2示出了所提出的用于温度感测的方法的实施例示例。在下面的描述中，该方法应用到相对于图1来描绘并描述的温度传感器。该方法包括至少以下步骤：
82.s101：感测供电单元19的第一温度值并由此提供第一模拟信号31，借助于第一adc部件24来执行第一模拟信号31的模数转换并由此提供包括第一模拟信号31的数字表示的第一数字信号34，
83.s102：感测受电单元22的第二温度值并由此提供第二单极模拟信号32，借助于第一adc部件24来执行第二模拟信号32的模数转换并由此提供包括第二模拟信号32的数字表示的第一数字信号34。
84.因此，通过传感器选择信号39和与用于激活供电单元19的控制信号30保持同步的adc控制信号300来控制步骤s101和s102的时序。
85.第一模拟信号和第二模拟信号31、32被复用，以使得在第一adc部件中将第一模拟温度值或第二模拟温度值转换为数字温度值。
86.详细地，一旦控制信号30的脉冲或脉冲序列出现或已经开始，就执行步骤s101，即感测第一温度值。这意味着，一旦供电单元19接收到具有控制信号30的第一脉冲或第一脉冲序列，就借助于图1的第一感测单元21来感测供电单元19的温度。
87.在控制信号30的两个脉冲之间或两个脉冲序列之间执行步骤s102。这意味着在由所述二极管的激活或发光已终止后不久采样或检测激光二极管或vcsel d1、d2的温度。在一个示例性实现方式中，第一二极管d1和第二二极管d2的掉电模式用于对第二温度值进行采样。
88.因此，能够检测供电单元19内和受电单元22内的温度峰值。如上所述，在以复用方式对第一模拟信号31和第二模拟信号32进行采样之后，执行将所检测的模拟温度值转换为数字信号34形式的数字值。由于在第一adc部件24中使用快速adc，例如逐次逼近型adc，因此能够实现高采样频率。
89.在一个示例性实现方式中，该方法还可以包括步骤s100：感测包括供电单元19的集成电路的第三温度值并由此提供第三模拟信号35，借助于第二adc部件26来执行第三模拟信号35的模数转换并由此提供包括第三模拟信号35的数字表示的第二数字信号36，根据该第二数字信号36来提供校准信号37以用于校准第一adc部件24。
90.在步骤s101和s102之前执行步骤s100，以利用第一adc部件24中的模数转换的校准。因此，在后续检测并测量供电单元和受电单元的温度时，考虑了实现供电单元和温度传
感器的芯片或集成电路的平均温度，以提高供电单元和受电单元的精度。
91.图3示出了表示图1的温度传感器的实现方式示例的示例性电路图。如图所示，由于其尺寸，图3被分成两部分，即图3a和图3b。
92.图3a描绘了第一感测单元20、接口电路21、第二感测单元22、复用器电路23和参考生成电路29、以及第一adc部件24的输入侧。在所描绘的示例中，感测单元22包括三个二极管d1、d2、d3，它们全部都连接到参考电位端子10和接口电路21。接口电路21包括偏置电路211和开关单元212、213。偏置电路211可操作以生成提供给开关单元212、213的第一电流ioutp和第二电流ioutn。偏置电路211包括电阻器r1、r2和r3，它们全部都连接到电源端子9，在该电源端子处提供有电源电压。电阻器r2以电阻器r1的电阻的倍数或分数来实现，例如为电阻器r1的电阻的两倍。电阻器r3使用电阻器r2的电阻的倍数来实现，例如为电阻器r2的电阻的四倍。偏置电路211还包括用于提供参考电流iref的电流源、第一放大器a1和第二放大器a2以及场效应晶体管q1和q2。放大器a1的输入连接到斩波器开关cs1，该斩波器开关使得能够掉换放大器a1的反相输入和同相输入及其输出节点。斩波开关cs1的一个输入连接到电阻器r2与晶体管q1一个端子之间的连接点。斩波器开关cs1的第二输入连接到用于供应参考电流iref的电流源。放大器a1的输出连接到晶体管q1的基极端子。在晶体管q1的输出端子处提供第一电流ioutp。放大器a2的输入同样连接到斩波器开关cs2。斩波器开关cs2的一个输入连接到电阻器r3与晶体管q2一个端子之间的连接点，而斩波器开关cs2的另一个输入连接到提供参考电流iref的电流源。放大器a2的输出连接到晶体管q2的基极端子。在晶体管q2的输出端子处提供第二电流ioutn。
93.接口电路21(即，偏置电路211和开关单元212、213)的操作通过由控制单元27根据传感器选择信号39生成的斩波器信号40来控制。
94.偏置电路211使用在电源电位端子9处的电源电压和参考电流iref，借助于斩波电压到电流的转换来生成第一电流ioutp和第二电流ioutn。因此，实现了第一电流ioutp与第二电流ioutn之间的固定比率。在所描绘的示例中，实现了为四的比率。第一电流和第二电流用于偏置第二感测单元22的二极管d1、d2和d3。
95.开关单元包括多个低电压(lv)开关212和多个高电压(hv)开关213。hv开关213被配置为以由斩波器信号40控制的可切换的方式向接口电路21的第一输出和第二输出提供第一电流和第二电流ioutp、ioutn以及voutp、voutn。此外，hv开关213被配置为从二极管d1、d2和d3中选择一对二极管。在斩波器信号40的控制下，lv开关212被配置为在第一电流ioutp与二极管d1、d2、d3中的一个(例如到第一二极管d1)之间提供第一可切换连接。lv开关212在第二电流ioutn与二极管d1、d2、d3中的另一个二极管(例如第二二极管d2)之间提供第二可切换连接。lv开关212还被配置为掉换第一可切换连接和第二可切换连接，以使得第一可切换连接在第一电流ioutp与第二二极管d2之间，并且使得第二可切换连接在第二电流ioutn与第一二极管d1之间。因此，所选择的二极管对中的每个二极管都利用更低的第一电流ioutp来偏置，并且然后利用更高的第二电流ioutn来偏置。因此减少了二极管饱和电流中的不匹配的潜在影响。在未对第二模拟信号32进行采样的时间段期间，例如在对第一模拟信号31进行采样期间，第一电流ioutp和第二电流ioutn的连接被短路，以减少voutp和voutn的建立时间。
96.在接口电路21的输出处提供第二模拟信号32。第二模拟信号32具有第一分量
voutp和第二分量voutn，这两个分量都可以包括电压。其中的第一分量voutp对应于由hv开关213选择并由lv开关212提供有第一电流ioutp的二极管的阳极端子处的电压。第二分量voutn表示第二感测单元22中用于感测的二极管对的第二二极管的阳极端子处的电压，该二极管借助于hv开关213来选择并借助于lv开关212来提供有第二电流ioutn。换句话说，从连接到接口电路21并且可以被实现为vcsel的多个二极管d1、d2、d3中一次选择两个。具有固定比率的两个电流ioutp、ioutn偏置所选择的vcsel。电压voutp、voutn之间的差是vcsel的温度的量度。
97.因此，对于每次测量而言，通过采用第一可切换连接和第二可切换连接以掉换第一电流ioutp和第二电流ioutn在偏置所选择的二极管对中的角色，来提供并转换第二模拟信号32的两个值。温度被确定为第一值与第二值之间的平均值。
98.第一感测单元20恰好具有一个晶体管t1和用于偏置该晶体管t1的电流源i1。因此，第一模拟信号31被实现为第一晶体管t1的基极发射极电压，并且表示所述晶体管t1的温度。当晶体管t1靠近于向二极管d1、d2、d3供电的供电单元安装时，第一模拟信号表示供电单元的模拟温度值。第一模拟信号31具有表示发射极电压的第一分量ves.v和表示晶体管t1的基极电压的第二分量vbs.v。
99.在一个替代解决方案中，第一感测单元具有同样由电流源i1来进行偏置的第二晶体管t2。在该替代方案中，将第一模拟信号31提供作为第一晶体管t1与第二晶体管t2之间的发射极电压的差。
100.第一模拟信号31和第二模拟信号32被提供给复用器电路23的相应输入。在传感器选择信号39的控制下，复用器电路23将第二模拟信号32的第一分量voutp和第二分量voutn或者第一模拟信号31的第一分量ves.v和第二分量vbs.v作为复用模拟信号33来提供给其输出。复用模拟信号33具有第一分量inp和第二分量inn。
101.参考生成单元29具有场效应晶体管q3和q4、具有连接到其输入的斩波器开关cs3的放大器a3、电阻器r4和r5、双极型晶体管t3和t4以及斩波器开关cs4。晶体管q3和q4连接到电源端子9。晶体管q3和q4的基极端子都连接到放大器a3的输出。晶体管q3的输出端子连接到斩波器开关cs4的一个输入，而晶体管q4的输出端子连接到斩波器开关cs4的另一个输入。斩波器开关cs4的一个输出经由电阻器r4来连接到斩波器开关cs3的输入和晶体管t3的发射极端子。斩波器开关cs4的第二输出经由电阻器r5来连接到斩波器开关cs3的第二输入和晶体管t4的发射极端子。晶体管t3和t4的基极端子和集电极端子连接到参考电位端子10。在斩波器开关cs4的第二输出端子处，带隙信号bg例如作为带隙电压被提供给第一adc部件24。
102.带隙信号bg例如被提供作为对温度具有非常小的一阶依赖性的温度稳定电压。
103.图3b示出了第一adc部件24的详细实现方式示例。第一adc部件24包括用于接收带隙信号bg的第一输入、用于接收复用模拟信号33的第二输入和第三输入(即其第一分量inp和第二分量inn)、参考生成和调整电路241、电容开关242、比较部件243和逐次逼近型寄存器244。
104.参考生成和调整电路241具有放大器a4、第一复用器mux1和多个电阻器r6至r17，该放大器具有连接到其输入的斩波器开关cs5。斩波器开关cs5的一个输入接收带隙信号bg，而斩波器开关cs5的另一个输入接收反馈电压vfb。在放大器a4的输出处提供了参考电
压vref。具有电阻器r6和r7的电阻器分压器连接到放大器a4的输出和参考电位端子10。在电阻器r6与r7之间的连接点处提供了反馈电压vfb。所有电阻器r6至r17的尺寸均具有基本相等的电阻。第一复用器mux1经由某些接线片来接收参考电压vref，该接线片由具有电阻器r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15、r16和r17的串行连接来实现。电阻器的所述串行连接以可切换的方式连接在放大器a4的输出与参考电位端子10之间。在以下将详细描述的共模控制信号343的控制下，第一复用器mux1通过在电阻器的串行连接内适当地选择接线片，根据参考电压vref生成具有三个分量refn、refph和refpl的伪差分单极参考信号。
105.电容开关阵列242具有第二复用器mux2、电容器c3p、c2p、c1p、c3n、c2n和c1n、以及如图3b中所描绘的多个开关。所述开关的操作由在逐次逼近型寄存器244的输出处所提供的数字字信号342和adc控制信号300来控制。第二复用器mux2接收参考信号分量refn和refph，并由此在传感器选择信号39的控制下提供复用参考信号refmux。对开关阵列242中所使用的所述电容器的电容值进行缩放，如图3b中所示。例如，电容器c1p的电容值对应于值c，而电容器c2p的电容对应于值c的两倍的值。电容器c1p、c2p和c3p的下部板彼此连接，并且连接到比较部件243的一个输入，优选为同相输入。以可切换的方式向电容器c1p、c2p和c3p的下部板的所述连接供应复用参考信号refmux。电容器c1p、c2p和c3p的上部板分别以可切换的方式耦合到供应有复用模拟信号33的第一分量inp的输入或者供应有参考信号的分量refph的输入、或者供应有参考信号的分量refpl的输入。
106.以类似的方式，电容器c1n、c2n和c3n的下部板分别以可切换的方式耦合到供应有复用模拟信号33的第二分量inn的输入或者供应有参考信号的分量refn的输入。电容器c1n、c2n和c3n的上部板彼此连接，并且连接到比较部件243的另一个输入，优选为反相输入。以可切换的方式向电容器c1n、c2n和c3n的上部板的所述连接供应复用参考信号refmux。
107.具有最高电容值的电容器c3p和c3n用于确定复用模拟信号33的最高有效位msb。具有最低电容值的电容器c1p和c1n用于确定复用模拟信号33的最低有效位lsb。
108.比较部件243具有两个前置放大器a5和a6以及比较器a7，在该比较器的输出处提供了数字位流信号341。位流信号341包括根据比较器a7决定的位。前置放大器a5电容耦合到前置放大器a6。前置放大器a5与a6之间的电容耦合实现了偏移消除和动态比较器a7。因此，比较部件仅在时钟沿上消耗电流。每当在第一adc部件24中转换第二模拟信号32时，就启用放大器a5。每当转换第一模拟信号31时，就禁用前置放大器a5。
109.电容开关阵列242与比较部件243一起在本领域技术人员已知的逐次逼近型模数转换中实现二分搜索算法。这允许相对于伪差分参考信号或电压来测量伪差分模拟信号。比较部件243的输出(即数字值341)被提供作为比率μ，该比率由以下公式给出：
[0110][0111]
其中，μ表示比率μ，v
inp
表示复用模拟信号33的第一分量inp的电压，v
inn
表示复用模拟信号33的第二分量inn的电压，v
refpl
表示参考信号的refpl分量的电压，v
refn
是指参考信号的refn分量的电压，并且v
refph
是指参考信号的refph分量的电压。
[0112]
因此，第一模拟信号31或第二模拟信号32的电压被转换成数字字，如下图所示：
[0113][0114]
该图示出了相对于表示第一温度值或第二温度值的温度t的第一模拟信号31或第二模拟信号32的电压v，以及表示数字字信号的九位字的对应输出编码。
[0115]
逐次逼近型寄存器244接收并存储与数字位流信号341一起接收的数字值，并由此提供数字字信号342。
[0116]
第一adc部件还包括缩放部件246，该缩放部件246连接在逐次逼近型寄存器244的下游。缩放部件246被配置为对数字字信号342进行缩放并且提供第一数字信号34。为此，缩放部件246将数字字信号342变换为温度值，该温度值例如以9位字的形式来被提供作为第一数字信号34。如图1中所描绘的，由控制单元27提供的校准信号37用于根据以高精度测量的针对集成电路所测量的温度来对所述变换进行校准。
[0117]
第一adc部件24还包括共模控制单元245，该共模控制单元被配置为提供共模控制信号343以用于根据复用模拟信号33和数字位流信号341来控制参考信号refn、refph和refpl的共模的调整。详细地，每当复用器部件23以信号分量inn和inp的形式来为第二模拟信号32提供新值时，参考信号refn、refph、refpl的共模就借助于参考生成和调整电路241、电容开关阵列242、比较部件243和共模控制单元245来进行调整。其中，通过适当地连接提供到第一复用器mux1的输入的电阻器的串行连接的接线片来调整参考信号的refn分量的电压电平，以使得将refn参考信号分量的电压调整为复用模拟信号33的inn分量的电压。通过此共模移位，在共模控制单元245的控制下，伪差分参考信号refn、refpl、refph的分量的电压电平被移位。
[0118]
一旦调整了共模，就通过与参考信号refn、refph和refpl的不同分量进行比较来转换复用模拟信号的两个分量inn和inp之间的差。
[0119]
通过将第一adc部件24的参考缩放到其输入范围，能够减少在模数转换中所使用的位数。这也允许更小的输入电容。在此实现方式示例中，仅利用九位就可实现0.5k分辨率。
[0120]
图4示出了在第一温度值的典型感测和转换期间图1中所描绘的温度传感器的示例性时序图。参照时间t以下示出了：第一行中的控制信号30、第二行中的供电单元的所得温度以及第三行中的根据adc控制信号300的在第一adc部件中相对应的采样和转换阶段。控制信号30具有例如每200ns持续3纳秒的电流脉冲。由于通过控制信号30对供电单元的激活，其温度在所述电流脉冲期间升高并且在所述电流脉冲结束时降低。在控制信号30的电流脉冲期间，借助于第一感测单元来对供电单元的温度进行感测或采样。在电流脉冲结束
时，在第一adc部件中，通过开关adc控制信号300来将所感测的第一模拟信号的值转换为数字值。例如，所述采样和转换每五微秒重复一次。
[0121]
图5示出了在感测并转换第二温度值期间图1和/或3中所描绘的温度传感器的时序图。相对于时间t描绘了所有信号。在所描绘的图中，感测并转换了所连接的vcsel的温度。从底行中被称为“模”的信号中能够看出，确定vcsel温度的过程具有四个阶段p1、p2、p3和p4。借助于第七行中的信号vcsel_iboost，图1中的二极管d1至d3之一被偏置以用于感测第二温度值。根据底行，首先在阶段p1和p2中将参考信号refn、refpl和refph的共模电压调整为表示vcsel的温度的第二模拟信号32的共模电压，该电压将在阶段p3和p4中进行转换。在阶段p2结束时，参考信号的共模电压的调整完成。随后，第二模拟信号在阶段p3中进行采样并在阶段p4中进行转换。从信号sar_out(8)到sar_out(0)能够清楚地看到在第一adc部件24中，尤其是在电容开关阵列242和比较单元243中所实现的逐次逼近算法。在阶段p4结束时，提供了vcsel的温度的数字值。
[0122]
详细地，为了转换提供有第二模拟信号32的每个第二温度值，首先在二分搜索算法中确定参考信号的适当的共模电压。随后，使用适配的参考信号来对伪差分第二模拟信号32进行第一次转换。接下来，在接口电路21内掉换ioutn和ioutp的连接，并且以反相电流比率来对处于测量状态下的二极管进行偏置。使用适配的参考信号来对第二模拟信号32进行第二次转换。提供有数字信号34的最终值包括第一测量和第二测量的结果的平均值。
[0123]
应当理解，关于任何一个实施例来描述的任何特征可以单独使用，或者与所描述的其他特征相结合地使用，并且还可以与任何其他实施例的一个或更多个特征相结合地使用，或者与任何其他实施例进行任意组合地使用，除非被描述为替代。此外，在不脱离所附权利要求中限定的温度传感器和用于温度感测方法的范围的情况下，也可以采用以上未描述的等同形式和修改。
[0124]
附图标记说明
[0125]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电源端子
[0126]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
参考电位端子
[0127]
19
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
供电单元
[0128]
20、22、25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
感测单元
[0129]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接口电路
[0130]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
复用器电路
[0131]
24、26
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
adc部件
[0132]
27
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制单元
[0133]
28
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
激光电路
[0134]
29
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
参考生成电路
[0135]
30、300
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制信号
[0136]
31、32、33、35
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
伪差分模拟信号
[0137]
34、36
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
数字信号
[0138]
37
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
配置信号
[0139]
38
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电力
[0140]
39
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器选择信号
[0141]
40
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
斩波器信号
[0142]
d1、d2、d3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
二极管
[0143]
r1、r2、r3、...、r17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电阻器
[0144]
a1、a2、a3、a4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
放大器
[0145]
a5、a6
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
前置放大器
[0146]
a7
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
比较器
[0147]
cs1、cs2、cs3、cs4、cs5
ꢀꢀꢀꢀ
斩波器开关
[0148]
ioutp、ioutn、iref
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流
[0149]
bg
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
带隙信号
[0150]
t1、t2、t3、t4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
双极型晶体管
[0151]
q1、q2、q3、q4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
场效应晶体管
[0152]
vfb、vref
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
信号
[0153]
refn、refpl、refph
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
参考信号分量
[0154]
inn、inp、voutn、voutp
ꢀꢀꢀꢀꢀ
信号分量
[0155]
p1、p2、p3、p4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阶段
[0156]
s100、s101、s102
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
步骤