应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器pdf

  本发明涉及应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，包括依次连接的偏置电路、感温电路及单位增益缓冲电路，所述偏置电路与所述单位增益缓冲电路连接。偏置电路包含启动电路，所述启动电路用于保证上电之后电路进入正常工作状态，同时为所述感温电路提供偏置电流Ibias,所述感温电路再将温度信息转换为负温度系数模拟电压信号2VBE；为了驱动较大片外负载，2VBE需要经过一个单位增益缓冲器来保持输出电压不受外部负载影响，因此最后由单位增益缓冲电路对2VBE进行缓冲输出模拟电压信号TAO。其能通过常温校准实现全

  1.应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，其特征是，包括依次连接的偏置电

  路、感温电路及单位增益缓冲电路，所述偏置电路与所述单位增益缓冲电路连接；

  所述感温电路，用以根据所述偏置电流，将温度信息转换为负温度系数模拟电压信号；

  所述单位增益缓冲电路，用以根据所述负温度系数模拟电压信号进行缓冲后，输出模

  2.根据权利要求1所述的应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，其特征是，所

  述偏置电路包含启动电路，所述启动电路用于保证上电之后电路进入正常工作状态，同时

  为所述感温电路提供偏置电流I,所述感温电路再将温度信息转换为负温度系数模拟电

  为了驱动较大片外负载，2V需要经过一个单位增益缓冲器来保持输出电压不受外部

  负载影响，因此最后由单位增益缓冲电路对2V进行缓冲输出模拟电压信号TAO。

  3.根据权利要求1所述的应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，其特征是，在

  单位增益缓冲电路中，差分输入端两支路电压由一对可调偏置电压VB调节，当差分输入端

  电压不同时，通过调节电流差来实现对输出端的补偿，从而通过反馈使差分输入端完全相

  等，对失调电压的校准过程只需在常温下完成便能实现全温度范围内的offset补偿。

  4.根据权利要求1所述的应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，其特征是，所

  述偏置电路用于提供一个相对来说比较稳定的恒温偏置电流，减少单增益缓冲器重要性能指标受温

  5.根据权利要求1所述的应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，其特征是，所

  6.根据权利要求1所述的应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，其特征是，所

  第一校准电路CAL1和第二校准电路CAL2，所述CAL1和所述CAL2分别为校准时的两个电

  第一支路A12与第二支路A1为一对大小比例为12：1的电流拷贝，第三支路B12与第四支

  在没有进行校准的情况下所述第一支路A12与所述第三支路B12的电流完全相同。

  7.根据权利要求6所述的应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，其特征是，所

  述第一校准电路CAL1与所述第二校准电路CAL2两个端口的输入电流由EFUSE控制器中相关

  8.根据权利要求7所述的应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，其特征是，当

  TRIM_SENS[8]＝0时，所述第二校准电路CAL2端口电流增加，由于所述第一支路A12与第三

  支路B12的电流镜像大小完全相同，流经所述第三支路B12的PMOS管电流减小，拷贝到所述

  9.根据权利要求8所述的应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，其特征是，当

  TRIM_SENS[8]＝1时，所述第一校准电路CAL1端口电流增加，输出电压增大，实现正方向的

  10.根据权利要求9所述的应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，其特征是，在

  不同工艺、电源的情况下校准时需根据详细情况对EFUSE控制器中相关寄存器TRIM_SENS

  [0001]本发明涉及运放缓冲器技术领域，尤其是涉及应用于BJT温度传感器的高精度运

  [0002]单位增益缓冲器(UnityGainBuffer)指电压增益为1的运放电路，即运算放大器不

  提供任何信号放大，输出电压信号与输入电压信号相同。在一个电路系统中，电源有内阻，

  负载有阻抗，对电压型负载来说电源内阻越小、负载阻抗越大，系统性能越好，低阻抗负载

  和高内阻电源会导致负载没有办法获得较高电压，这样的一种情况下就需要加入缓冲器来提升系统性

  [0003]现有的技术中，理想缓冲器的特性是输入阻抗无穷大，输出阻抗很小，在缓冲器之

  后接负载能够保证负载获得比较大电压，同时使电路功率受到很小的干扰。运放电路具有高

  输入阻抗特性，作为缓冲器使用能够更好的起到阻抗变换的作用。而作为运算放大器的非理想特

  性之一，失调电压意味着无论开环连接或者反馈连接，当两个输入端都接地时，理论上输出

  应该是0，但实际电路中运放内部两输入支路无法完全平衡，输出不可能为0。考虑到此处引

  入的误差会对温度传感器的精度造成较大影响，因此，在兼顾成本的同时对单位增益缓冲

  [0004]针对现存技术存在的不足，本发明的目的是提供应用于BJT温度传感器的高精度

  运放缓冲器，其能通过常温校准实现全温度范围的失调电压补偿，使得单位增益缓冲器输

  [0006]应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，包括依次连接的偏置电路、感温电路

  [0008]所述感温电路，用以根据所述偏置电流，将温度信息转换为负温度系数模拟电压

  [0009]所述单位增益缓冲电路，用以根据所述负温度系数模拟电压信号进行缓冲后，输

  [0010]作为本发明的进一步的技术方案：所述偏置电路包含启动电路，所述启动电路用

  于保证上电之后电路进入正常工作状态，同时为所述感温电路提供偏置电流I,所述感

  [0011]为了驱动较大片外负载，2V需要经过一个单位增益缓冲器来保持输出电压不受

  外部负载影响，因此最后由单位增益缓冲电路对2V进行缓冲输出模拟电压信号TAO。

  [0012]作为本发明的进一步的技术方案：在单位增益缓冲电路中，差分输入端两支路电

  压由一对可调偏置电压VB调节，当差分输入端电压不同时，通过调节电流差来实现对输出

  端的补偿，从而通过反馈使差分输入端完全相等，对失调电压的校准过程只需在常温下完

  [0013]作为本发明的进一步的技术方案：所述偏置电路用于提供一个相对来说比较稳定的恒温偏

  [0014]作为本发明的进一步的技术方案：所述感温电路内的温度传感元件由BJT的基极

  [0016]第一校准电路CAL1和第二校准电路CAL2，所述CAL1和所述CAL2分别为校准时的两

  [0017]第一支路A12与第二支路A1为一对大小比例为12：1的电流拷贝，第三支路B12与第

  [0018]在不进行校准的情况下所述第一支路A12与所述第三支路B12的电流完全相同。

  [0019]作为本发明的进一步的技术方案：所述第一校准电路CAL1与所述第二校准电路

  CAL2两个端口的输入电流由EFUSE控制器中相关寄存器TRIM_SENS[8:0]的配置调节，其中，

  [0020]作为本发明的进一步的技术方案：当TRIM_SENS[8]＝0时，所述第二校准电路CAL2

  端口电流增加，由于所述第一支路A12与第三支路B12的电流镜像大小完全相同，流经所述

  第三支路B12的PMOS管电流减小，拷贝到所述第四支路B1.5的电流减小，导致所述感温电路

  [0021]作为本发明的进一步的技术方案：当TRIM_SENS[8]＝1时，所述第一校准电路CAL1

  [0022]作为本发明的进一步的技术方案：在不同工艺、电源的情况下校准时需根据具体

  情况对EFUSE控制器中相关寄存器TRIM_SENS[8:0]进行配置，以使电路实际输出电压更接

  [0024]与现存技术相比，本发明公开了一种应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，

  其通过efuse中寄存器配置调整偏置电压对来达到改变单增益缓冲器中支路电流，调整电

  流差的目的，从而使得在缓冲器中引入的失调电压offset可调，在电源电压变化范围为2‑

  5.5V时，整体系统offset调整步进为正负两个方向各32steps,全温度范围内补偿最大可达

  ±11mV。在不同工艺、电源、温度的情况下可灵活调整efuse控制器中相关寄存器TRIM_OS

  [6:0]的配置来实现失调电压的补偿功能，使得单位增益缓冲器输入信号实现完美缓冲，提

  [0028]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完

  整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于

  本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他

  [0029]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示

  的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本申请和简化描

  述，而不是指示或暗示所指的装置或元件一定要有特定的方位、以特定的方位构造和操作，

  因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解

  [0030]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设

  置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆

  卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中

  间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体

  度、低校准成本等优势可大范围的使用在消费电子、医疗、环境监视测定等场景中。其工作原理为感温

  前端使用两个不同电流密度的BJT得到负温度系数电压V，负温度系数电压V经过单增益

  高精度放大器缓冲后接ADC模拟信号输入端。考虑到运放的非理性特性，如失调电压、有限

  增益等都会造成误差，其中失调电压是由于输入差分对MOS管版图或者工艺的失配，导致输

  入端差分电压出现误差。而本电路的设计则能通过常温校准实现全温度范围的失调电压补

  [0033]参照图1，为本发明公开的应用于BJT温度传感器的高精度运放缓冲器，包括依次

  连接的偏置电路、感温电路及单位增益缓冲电路，偏置电路与单位增益缓冲电路连接。

  [0035]感温电路，用以根据所述偏置电流，将温度信息转换为负温度系数模拟电压信号；

  [0036]单位增益缓冲电路，用以根据所述负温度系数模拟电压信号进行缓冲后，输出模

  [0037]偏置电路包含启动电路，启动电路用于保证上电之后电路进入正常工作状态，同

  时为感温电路提供偏置电流I,感温电路再将温度信息转换为负温度系数模拟电压信号

  2V；为了驱动较大片外负载，2V需要经过一个单位增益缓冲器来保持输出电压不受外部

  负载影响，因此最后由单位增益缓冲电路对2V进行缓冲输出模拟电压信号TAO。

  [0038]在单位增益缓冲电路中，差分输入端两支路电压由一对可调偏置电压VB调节，当

  差分输入端电压不同时，通过调节电流差来实现对输出端的补偿，从而通过反馈使差分输

  入端完全相等，对失调电压的校准过程只需在常温下完成便能实现全温度范围内的offset

  [0039]感温电路包括：第一校准电路CAL1和第二校准电路CAL2，CAL1和CAL2分别为校准

  时的两个电流输入端口，第一支路A12与第二支路A1为一对大小比例为12：1的电流拷贝，第

  三支路B12与第四支路B1.5为一对大小比例为12：1.5的电流拷贝；在不进行校准的情况

  [0040]参考图3，CAL1、CAL2为校准时的两个电流输入端口，支路A12与支路A1为一对大小

  比例为12：1的电流拷贝，支路B12与支路B1.5为一对大小比例为12：1.5的电流拷贝，在没有

  校准的情况下支路A12与B12的电流完全相同。而MOS对管D0、D1最大的作用是抽走双极晶体管

  [0041]第一校准电路CAL1与第二校准电路CAL2两个端口的输入电流由EFUSE控制器中相

  减小的方向，TRIM_SENS[7:0]用以确定每个方向的电流的大小调节。

  三支路B12的电流镜像大小完全相同，流经第三支路B12的PMOS管电流减小，拷贝到第四支

  相同，流经支路B12的PMOS管电流就会减小，因此拷贝到支路B1.5的电流随之减小，最终导

  致感温电路输出电压OUT也减小，这样就实现了输出电压在负方向的校准过程。同理可得，

  当TRIM_SENS[8]＝1时CAL1端口电流增加，输出电压增大，实现正方向的校准过程。

  [0045]当TRIM_SENS[8]＝1时，第一校准电路CAL1端口电流增加，输出电压增大，实现正

  [0046]在不同工艺、电源的情况下校准时需根据详细情况对EFUSE控制器中相关寄存器

  TRIM_SENS[8:0]进行配置，以使电路实际输出电压更接近参考值作为校准原则。

  [0047]感温电路内的温度传感元件由BJT的基极和发射极间电压堆叠组成，其中偏置电

  路用于提供一个相对来说比较稳定的恒温偏置电流，减少单增益缓冲器重要性能指标受温度等因素

  [0048]高精度单位增益缓冲器本发明采用的电路结构如图2所示，IN1为高精度单位增益

  缓冲器输入端，TAO为缓冲输出，通过反馈环路连接到差分输入端IN2。当IN1小于TAO即失调

  电压offset大于0时，流经MOS管M3的支路1的电流小于流经MOS管M4的支路2的电流，此时通

  过efuse控制器中相关寄存器TRIM_OS[6:0]的配置调节偏置电压对使V1大于V2，从而减小

  支路3的电流，使电流IB1与IB2最终能达到几乎相等的效果，调节补偿后的电流经过输出端

  反馈到IN2，使得IN1与IN2达到平衡。当IN1大于TAO即失调电压offset大于0时，同理可推得

  进用以调整补偿单增益缓冲器带来的失调电压，在电源电压为Typ值即VDD＝2.7V时，整个

  系统中失调电压offset补偿范围约为±11mV。且由于整体电路确定后失调电压特性也随之

  确定，同时补偿电路的温度系数为恒温电流，只需在常温下完成offset校准就可以实现全温

  度范围内的失调电压补偿。即使在不同工艺corners下，重新调整温度系数也可实现此功

  [0050]本发明的实施原理为：本发明公开了一种应用于BJT温度传感器的高精度运放缓

  冲器，其通过efuse中寄存器配置调整偏置电压对来达到改变单增益缓冲器中支路电流，调

  整电流差的目的，从而使得在缓冲器中引入的失调电压offset可调，在电源电压变化范围

  为2‑5.5V时，整体系统offset调整步进为正负两个方向各32steps,全温度范围内补偿最大

  可达±11mV。在不同工艺、电源、温度的情况下可灵活调整efuse控制器中相关寄存器TRIM_

  OS[6:0]的配置来实现失调电压的补偿功能，使得单位增益缓冲器输入信号实现完美缓冲，

  [0051]本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护

  范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之

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