CMOS溫度傳感器校準算法設計與實(shí)現

　　摘要：理想CMOS溫度傳感器輸出隨溫度變化曲線(xiàn)具有嚴格線(xiàn)性關(guān)系，實(shí)際上由于制造工藝隨溫度變化等非理想因素的影響，輸出隨溫度變化呈非線(xiàn)性關(guān)系。結合低成本的要求，在高精度的應用中需對傳感器進(jìn)行數字校準，使校準后輸出量隨溫度變化具有線(xiàn)性關(guān)系。通過(guò)對未校準之前CMOS溫度傳感器隨溫度變化的函數關(guān)系構造校準函數是算法的核心。通過(guò)分析精度指標、數據運算量及系統資源等因素，采取添加中值濾波和均值濾波處理原始數據的分段擬合校準方法，并在運算量的約束下得出了最優(yōu)的分段值。經(jīng)實(shí)際測試校準后CMOS溫度傳感器精度提高了0.3℃，在-20℃~120℃工業(yè)溫度范圍內精度達到 0.35℃。

　　引言

　　溫度在日常生產(chǎn)、生活和科學(xué)實(shí)驗中是一個(gè)非常重要的測試物理量。對溫度的測量，早期主要是采用模擬傳感器，如熱敏電阻、鉑電阻等，但這些傳感器難以集成。為了實(shí)現大規模集成，CMOS溫度傳感器越來(lái)越被重視。CMOS溫度傳感器是基于襯底寄生的PNP晶體管的特性而形成的溫度傳感電路，以其良好的線(xiàn)性度、功耗低、易實(shí)現大規模集成等特點(diǎn)，擁有廣泛的應用前景。

　　本文針對一款自行設計的低功耗CMOS溫度傳感器，根據實(shí)際工業(yè)應用場(chǎng)景對精度的更高要求，提出了一種高精度的校準算法。該算法通過(guò)對CMOS溫度傳感器的數字輸出值進(jìn)行中值濾波和均值濾波，再對濾波結果進(jìn)行分段擬合數據處理。最終測試結果表明，該算法提高了CMOS溫度計的精度，達到了 0.35℃，滿(mǎn)足事先預期的 0.5℃的目標。

　　CMOS溫度傳感器的測溫原理與實(shí)現方案

　　CMOS溫度傳感器總體結構

　　CMOS溫度傳感器是以基于CMOS縱向寄生的雙極型晶體管作為核心感溫器件。通過(guò)雙極型晶體管可以產(chǎn)生一個(gè)與溫度成正比的PTAT電壓和一個(gè)不隨溫度變化的基準電壓 ，將這兩個(gè)信號作為兩路信號輸入到ADC中進(jìn)行轉換，即可以實(shí)現溫度的數字顯示，如圖1所示。根據預定的溫度計精度目標要求，確定ADC輸出為12位，采用并行輸出方式，供片外數字采集校準?！　?/p>