CMOS温度传感器校准算法设计与实现

　　摘要：理想CMOS温度传感器输出随温度变化曲线具有严格线性关系，实际上由于制造工艺随温度变化等非理想因素的影响，输出随温度变化呈非线性关系。结合低成本的要求，在高精度的应用中需对传感器进行数字校准，使校准后输出量随温度变化具有线性关系。通过对未校准之前CMOS温度传感器随温度变化的函数关系构造校准函数是算法的核心。通过分析精度指标、数据运算量及系统资源等因素，采取添加中值滤波和均值滤波处理原始数据的分段拟合校准方法，并在运算量的约束下得出了最优的分段值。经实际测试校准后CMOS温度传感器精度提高了0.3℃，在-20℃~120℃工业温度范围内精度达到 0.35℃。

　　引言

　　温度在日常生产、生活和科学实验中是一个非常重要的测试物理量。对温度的测量，早期主要是采用模拟传感器，如热敏电阻、铂电阻等，但这些传感器难以集成。为了实现大规模集成，CMOS温度传感器越来越被重视。CMOS温度传感器是基于衬底寄生的PNP晶体管的特性而形成的温度传感电路，以其良好的线性度、功耗低、易实现大规模集成等特点，拥有广泛的应用前景。

　　本文针对一款自行设计的低功耗CMOS温度传感器，根据实际工业应用场景对精度的更高要求，提出了一种高精度的校准算法。该算法通过对CMOS温度传感器的数字输出值进行中值滤波和均值滤波，再对滤波结果进行分段拟合数据处理。最终测试结果表明，该算法提高了CMOS温度计的精度，达到了 0.35℃，满足事先预期的 0.5℃的目标。

　　CMOS温度传感器的测温原理与实现方案

　　CMOS温度传感器总体结构

　　CMOS温度传感器是以基于CMOS纵向寄生的双极型晶体管作为核心感温器件。通过双极型晶体管可以产生一个与温度成正比的PTAT电压和一个不随温度变化的基准电压 ，将这两个信号作为两路信号输入到ADC中进行转换，即可以实现温度的数字显示，如图1所示。根据预定的温度计精度目标要求，确定ADC输出为12位，采用并行输出方式，供片外数字采集校准。