防电磁干扰能力强的温度传感器及使用方法与流程

1.本发明涉及温度传感器的技术领域，具体地，涉及一种防电磁干扰能力强的远端温度传感器及使用方法。尤其是，优选的涉及一种防电磁干扰能力强的远端温度传感器。


背景技术：

2.温度传感器(temperature transducer)是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。
3.公开号为的cn206523249u中国实用新型专利文献公开了一种抗干扰数字温度传感器，包括第一导线、第二导线和第一电路板，所述第一导线、第二导线分别连接于第一电路板的输出端，所述第一电路板上的输入端连接有第二电路板的输出端，所述第二电路板的输出端连接有第三导线和第四导线，所述第二电路板的输入端连接有端子，所述端子与第二电路板连接处设有磁环。
4.公开号为cn216846613u的中国实用新型专利文献公开了一种抗干扰远传式温度传感器，该电路抗干扰远传式温度传感器，包括有高精度ntc热敏电阻信号转换单元、电源稳压保护单元、微处理器单元、rs485通讯远传单元、屏蔽干扰单元、指示灯单元。传感器通过ntc热敏电阻信号转换单元采样温度，微处理器单元将采样信号处理后通过rs485通讯远传单元将信号传输出去。
5.针对上述中的相关技术，发明人认为上述温度传感器使用测温器件为ntc，属于模拟器件，系统比较复杂，且传统的温度传感器芯片内部没有专门的抗强电磁干扰的电路。在实际应用中，如果遇到像对讲机发射频率之类的强电磁干扰信号，强干扰信号会叠加到测温信号上。当对讲机离远端测温用三极管距离在1米以内，噪声几乎将有效信号完全淹没，使得芯片无法测温。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种防电磁干扰能力强的远端温度传感器及使用方法。
7.根据本发明提供的一种防电磁干扰能力强的温度传感器，包括温度检测电路；
8.所述温度检测电路包括同步抗干扰电路；
9.所述温度检测电路用于连接三极管；
10.所述温度检测电路接收三极管的测温电压信号，并通过同步抗干扰电路滤除测温电压信号中干扰信号，得到滤除干扰后的测温信号。
11.优选的，所述温度检测电路还包括恒流源、电流源开关电路、温度信号处理电路以及adc电路；
12.温度传感器的dxp引脚，用于连接三极管的输入端；
13.温度传感器的dxn引脚，用于连接三极管的输出端；
14.恒流源分别连接电流源开关电路的多个输入端；
15.电流源开关电路的输出端构成温度检测电路的dxp引脚，且电流源开关电路的输出端分别连接同步抗干扰电路的第一输入端以及温度信号处理电路的第一输入端；
16.温度信号处理电路的第二输入端构成温度检测电路的dxn引脚，且温度信号处理电路的第二输入端连接同步抗干扰电路的第二输入端；
17.温度信号处理电路的输出端分别连接adc电路的输入端以及同步抗干扰电路的输出端；
18.adc电路的第一输出端为温度检测电路的信号输出端。
19.优选的，所述同步抗干扰电路包括限幅器、低通滤波器、逻辑控制器、相位调制器以及dac电路；
20.限幅器的输入端为同步抗干扰电路的第一输入端和第二输入端；
21.限幅器的输出端连接低通滤波器的输入端；
22.低通滤波器的输出端构成同步抗干扰电路的输出端，且低通滤波器的输出端连接dac电路的输出端；
23.adc电路的第二输出端连接逻辑控制器的输入端；
24.逻辑控制器的输出端连接相位调制器的输入端；
25.相位调制器的输出端连接dac电路的输入端。
26.优选的，所述温度信号处理电路的输出端通过一开关连接同步抗干扰电路的输出端。
27.优选的，所述恒流源产生多路电流信号；
28.所述电流源开关电路用于分别切换多路电流信号的输出，将电流信号从dxp引脚输出，注入外接三极管的输入端；
29.所述温度信号处理电路接收并处理dxp引脚和dxn引脚的测温电压信号，得到模拟测温信号；
30.所述同步抗干扰电路和adc电路共同滤除模拟测温信号上的干扰信号，得到滤除干扰后的模拟测温信号；
31.所述adc电路将滤除干扰信号后的模拟测温信号转换成数字信号，通过数字信号接口输出。
32.优选的，所述限幅器将测温电压信号中的干扰信号幅值压缩，得到压缩干扰信号后的测温信号；
33.所述低通滤波器将压缩干扰信号后的测温信号中的高频信号滤除；
34.所述adc电路将滤除高频信号的测温信号和模拟测温信号转化为数字信号；
35.所述逻辑控制器产生抵消干扰信号的相位信号，并将相位信号与数字信号中的干扰信号抵消；
36.所述相位调制器调制抵消干扰信号后的数字信号；
37.所述dac电路将数字信号转化为滤除干扰信号后的模拟测温信号。
38.优选的，所述温度检测电路外接三极管测温，基于三极管的基极和发射极的电压v
be
与集电极电流ic之间呈指数关系，为：
39.40.其中，ic为晶体管集电极电流；is为晶体管反向饱和电流；q为电子电荷；k为玻耳兹曼常数；n为晶体管的理想因子；t为晶体管的开尔文温度；e表示自然常数。
41.优选的，所述恒流源调节产生的电流大小，从而调节注入三极管的电流大小。
42.优选的，所述电流源开关电路调节输出电流的时长，从而调节注入三极管的电流时长。
43.根据本发明提供的一种防电磁干扰能力强的温度传感器使用方法，应用防电磁干扰能力强的温度传感器，包括如下步骤：
44.测温步骤：温度检测电路外接三极管，并接收三极管的测温电压信号；
45.抗干扰步骤：同步抗干扰电路滤除测温电压信号中的干扰信号，得到滤除干扰后的测温信号。
46.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
47.1、本发明带远程测温功能的芯片在监测到高频电磁干扰时，同步启动抗干扰电路，滤除高频电磁干扰信号，有效提取三极管的v
be
信号，达到能继续正常测温的目的；
48.2、本发明通过在远端测温过程中增大流经三极管集电极的电流，使得三极管v
be
的幅值增加，达到增强有效测量信号的目的，使远程通道抗干扰能力增强；
49.3、本发明通过延长注入三极管发射极每一路电流时间，可增加芯片内部adc读取δv
be
的频率，从而提高温度传感器电阻消除和外接三极管发射极和基极之间并联滤波电容的能力，使各通道抗干扰能力更强。
附图说明
50.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
51.图1为本发明整体电路的示意图；
52.图2为本发明同步抗干扰电路的示意图；
53.图3为三极管的连接方式示意图。
具体实施方式
54.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
55.本发明实施例公开了一种防电磁干扰能力强的远端温度传感器，如图1和图2所示，根据本发明提供的一种防电磁干扰能力强的温度传感器，包括温度检测电路。温度检测电路用于连接外部三极管。通常连接方式如图3所示，其中，parasitic pnp bjt transistor of cpu的中文译文为寄生pnp晶体管；discrete pnp transistor with diode-connected的中文译文为二极管连接的分立pnp晶体管；discrete npn transistor with diode-connected的中文译文为二极管连接的分立npn晶体管。
56.图1中，i1表示芯片第1次从dxp输出电流，i2表示第2次从dxp输出电流大小，1x表示1倍电流大小，例如，基准电流使1ua，那么1x就表示1ua电流，15x表示15ua电流。圆圈中带
有加号在模拟电路中调式叠加，两个信号叠加。
57.温度检测电路包括同步抗干扰电路、恒流源、电流源开关电路、远程温度信号处理电路(图1中的逻辑控制电路)以及adc电路；温度检测电路接收三极管的测温信号，并通过同步抗干扰电路滤除测温信号中干扰信号，得到滤除干扰后的测温信号。远程温度信号处理电路用于将接收的弱电压信号转化为模拟信号。
58.从芯片dxp引脚向三极管输入一个电流信号，根据三极管的i
c-v
be
特性曲线，从三极管的基极和发射极就会有一个正向电压从dxp和dxn引脚输出到芯片内部。图3是测温外接三极管的三种连接形式。(a)部分三极管的发射极构成三极管的输入端，三极管的基极构成三极管的输出端，三极管的集电极接地。(b)部分三极管的发射极构成三极管的输入端，三极管的基极构成三极管的输出端，且三极管的基极连接三极管的发射极。(c)部分三极管的发射极构成三极管的输入端，且三极管的发射极连接三极管的基极；三极管的集电极构成三极管的输出端。即(a)电流从pnp三极管的发射极流入，三极管的集电极接地，测温电压信号v
be
从三极管的发射极和基极输出，这个值与温度呈线性关系。(b)电流从pnp三极管的发射极流入，三极管的集电极和基极短接，构成了一个反向二极管,二极管的反向偏置电压与温度呈线性关系。(c)npn三极管的集电极连接三极管的基极；电流从基极流入，基极与发射极之间构成了一个正向二极管，二极管的正向电压与温度呈线性关系。
59.恒流源分别连接电流源开关电路的多个输入端。
60.电流源开关电路的输出端构成温度检测电路的dxp引脚，且电流源开关电路的输出端分别连接同步抗干扰电路的第一输入端以及逻辑控制电路的第一输入端；
61.逻辑控制电路的第二输入端构成温度检测电路的dxn引脚，且逻辑控制电路的第二输入端连接同步抗干扰电路的第二输入端。
62.逻辑控制电路的输出端分别连接adc电路的输入端以及同步抗干扰电路的输出端；adc电路的输出端为温度检测电路的信号输出端。逻辑控制电路的输出端通过一开关连接同步抗干扰电路的输出端。
63.恒流源产生多路电流信号；电流源开关电路用于切换多路电流信号的输出，将电流信号从dxp引脚输出，注入外接三极管的发射极；温度传感器芯片内部信号采集电路得到dxp引脚和dxn引脚间的模拟电压(三极管基极和发射极之间的电压)；同步抗干扰电路滤除叠加到模拟测温信号上的干扰信号；利用pn结测温，adc将滤除干扰信号后的模拟测温信号转换成数字信号，通过数字信号接口(第一输出端)输出。
64.温度传感器芯片整个远端温度检测电路由恒流源、电流源开关电路、远程温度信号处理、adc和同步抗干扰电路组成。
65.恒流源产生输出到外接三极管发射极的多路电流信号，电流信号由内部逻辑控制电路按照不同的大小分时从芯片的dxp引脚输出。而电流源开关的主要作用是切换多路电流的输出。传统温度传感器通常流入三极管集电极的电流为3～4路呈比例分配不同大小的电流，电流的大小通常在1ua～100ua，每一路电流输出的时间在10～100us左右。
66.当电流从温度传感器芯片的dxp引脚注入外接三极管的发射极，三极管的基极和发射极分别接到芯片的dxn和dxp引脚，通常从芯片的dxp和dxn引脚得到的信号v
be
是一个幅值在200～700mv左右的模拟信号，该信号是一个量化当前温度的信号。v
be
的大小与环境温度成反比，温度越低v
be
越大，相同温度下v
be
与流经三极管集电极的电流大小呈正比，电流
越大则v
be
越大。
67.adc为模数转换电路，将表示温度的模拟信号v
be
按照一定的参考电压转换成数字信号，然后通过数字信号接口输出。模数转换芯片(adc)实现模拟信号转换成数字信号需要一个基准，此基准电压为参考电压。
68.传统的温度传感器芯片内部没有专门的抗强电磁干扰的电路。在实际应用中，如果遇到像对讲机发射频率之类的强电磁干扰信号，强干扰信号会叠加到测温信号上。当对讲机离远端测温用三极管距离在1米以内，噪声几乎将有效信号完全淹没，使得芯片无法测温。
69.抗电磁干扰电路正是为了滤除叠加到测温信号上的强电磁干扰信号而产生的。当芯片内部检测到高幅值的测温信号(干扰信号的幅值远大于有效测温信号，而且频率比较高)，可打开开关s1，启动同步抗干扰电路。同步抗干扰电路内部包括低通滤波器，限幅器，相位调制器，dac。同步抗干扰电路可完全滤除对讲机发射频率或对话时添加到远端测温三极管上的噪声，从而使三极管在受到干扰时仍然能正常测温。
70.同步抗干扰电路包括限幅器、低通滤波器、逻辑控制器、相位调制器以及dac电路。限幅器的输入端为同步抗干扰电路的第一输入端和第二输入端；限幅器的输出端连接低通滤波器的输入端；低通滤波器的输出端构成同步抗干扰电路的输出端，且低通滤波器的输出端连接dac电路的输出端；adc电路的第二输出端连接逻辑控制器的输入端；逻辑控制器的输出端连接相位调制器的输入端；相位调制器的输出端连接dac电路的输入端。
71.限幅器将模拟测温信号中的干扰信号幅值压缩；低通滤波器将压缩干扰信号后的模拟测温信号中的高频信号滤除；adc电路将滤除高频信号的模拟测温信号转化为数字信号；逻辑控制器产生抵消干扰信号的相位信号，并将相位信号与数字信号中的干扰信号抵消；相位调制器调制抵消干扰信号后的数字信号；dac电路将数字信号转化为滤除干扰信号后的模拟测温信号。
72.恒流源调节产生的电流大小，从而调节注入三极管发射极的电流大小。电流源开关电路调节输出电流的时长，从而调节注入三极管发射极的电流时长。
73.工作原理：带远端测温功能的温度传感器芯片外接三极管测温，是基于三极管的基极-发射极电压(v
be
)与集电极电流ic之间呈指数关系的特点，即：
[0074][0075]
上式中，ic为晶体管集电极电流；is为晶体管反向饱和电流；e为自然常数(e≈2.71828)；q为电子电荷；k为玻耳兹曼常数(k＝1.380649
×
10j/k)；n为晶体管的理想因子，通常为1.01；t为晶体管的开尔文温度。远端测温，温度传感器芯片本体测温叫local,通过外接pn结实现测温叫remote。
[0076]
当两个比例为n:1(n为正整数)的电流分别通过三极管的集电极时，三极管的基极-发射极电压之差δv
be
具有正温度特性，远程温度传感器正是利用这一特性测温。传统的温度传感器基于低功耗的考虑，注入外部三极管集电极的电流通常在1ua～100ua以内，这个小电流信号通过芯片的dxp引脚注入到pnp三极管的发射极，很容易受到干扰。实际应用中，当碰到对讲机干扰时，三极管的v
be
信号几乎被干扰信号完全覆盖。当adc监测到强干扰
信号时，自动开启同步抗干扰模块电路。
[0077]
一般诸如对讲机发射信号为高频的正弦波信号，民用对讲机的频率在400-470mhz(uhf(ultra high frequency，特高频)段)和136-174mhz(vhf(very high frequency，甚高频)段)之间，其信号强度有时会超过1w，当使用对讲机进行讲话时，发射信号中通常叠加了语音信号。芯片内部监测到高强度的高频正弦波信号后，开启同步抗干扰电路。先通过限幅电路将干扰信号幅值压缩，然后通过低通滤波器lpf将高频信号滤除，经过低通滤波器后的信号可通过逻辑控制器同步产生一个相位相差90℃的信号，与干扰信号叠加，从而可以抵消正弦波干扰信号，达到消除干扰信号的目的，整个同步抗干扰电路模块如图2所示。
[0078]
为了进一步提高芯片抗干扰的能力，芯片内部使通过恒流源控制电流大小的，可以通过修改芯片设计使芯片dxp引脚注入三极管发射极的电流在通用远端测温传感器芯片的基础上扩大10～20倍(增大至3～5ma)，这样三极管vbe的大小将会提高，抗电磁干扰的能力显著增强。另外，时间控制最终都是通过开关电路实现的，芯片内部数字逻辑上可以使dxp引脚注入三极管发射极电流时间延长。延长输出电流时间，温度传感器芯片电阻消除的能力增强，而且dxp与dxn之间并联电容滤波的能力也将增强。一般能检测远端dp结温度的芯片都包含逻辑控制电路。对讲机干扰信号通常是高频信号，需要外接较大的滤波电容才能有效的滤除，传统温度传感器芯片从dxp引脚注入电流的时间在100us以内，dxp和dxn之间所能并联的滤波电容最大只能到2nf,可以将各路注入电流的时间提高10～50倍，将极大增强滤波的能力。
[0079]
本发明实施例还公开了一种防电磁干扰能力强的温度传感器使用方法，应用防电磁干扰能力强的温度传感器，包括如下步骤：
[0080]
测温步骤：温度检测电路外接三极管，并接收三极管的测温信号。
[0081]
抗干扰步骤：同步抗干扰电路滤除测温信号中的干扰信号。
[0082]
本发明带remote输出的温度传感器外接三极管测温时，通过增大注入外接三极管发射极的电流和加长注入电流的时间提高remote测温的抗干扰的能力，同时芯片内部在监测到有强电磁干扰时，自动启动同步抗干扰电路，同步抗干扰电路与adc电路之间循环迭代，达到抗电磁干扰的标准，即可输出滤除干扰后的数字信号，达到消除强电磁干扰的目的。
[0083]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0084]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种防电磁干扰能力强的温度传感器，其特征在于，包括温度检测电路；所述温度检测电路包括同步抗干扰电路；所述温度检测电路用于连接三极管；所述温度检测电路接收三极管的测温电压信号，并通过同步抗干扰电路滤除测温电压信号中干扰信号，得到滤除干扰后的测温信号。2.根据权利要求1所述的防电磁干扰能力强的温度传感器，其特征在于，所述温度检测电路还包括恒流源、电流源开关电路、温度信号处理电路以及adc电路；温度传感器的dxp引脚，用于连接三极管的输入端；温度传感器的dxn引脚，用于连接三极管的输出端；恒流源分别连接电流源开关电路的多个输入端；电流源开关电路的输出端构成温度检测电路的dxp引脚，且电流源开关电路的输出端分别连接同步抗干扰电路的第一输入端以及温度信号处理电路的第一输入端；温度信号处理电路的第二输入端构成温度检测电路的dxn引脚，且温度信号处理电路的第二输入端连接同步抗干扰电路的第二输入端；温度信号处理电路的输出端分别连接adc电路的输入端以及同步抗干扰电路的输出端；adc电路的第一输出端为温度检测电路的信号输出端。3.根据权利要求2所述的防电磁干扰能力强的温度传感器，其特征在于，所述同步抗干扰电路包括限幅器、低通滤波器、逻辑控制器、相位调制器以及dac电路；限幅器的输入端为同步抗干扰电路的第一输入端和第二输入端；限幅器的输出端连接低通滤波器的输入端；低通滤波器的输出端构成同步抗干扰电路的输出端，且低通滤波器的输出端连接dac电路的输出端；adc电路的第二输出端连接逻辑控制器的输入端；逻辑控制器的输出端连接相位调制器的输入端；相位调制器的输出端连接dac电路的输入端。4.根据权利要求2所述的防电磁干扰能力强的温度传感器，其特征在于，所述温度信号处理电路的输出端通过一开关连接同步抗干扰电路的输出端。5.根据权利要求2所述的防电磁干扰能力强的温度传感器，其特征在于，所述恒流源产生多路电流信号；所述电流源开关电路用于分别切换多路电流信号的输出，将电流信号从dxp引脚输出，注入外接三极管的输入端；所述温度信号处理电路接收并处理dxp引脚和dxn引脚的测温电压信号，得到模拟测温信号；所述同步抗干扰电路和adc电路共同滤除模拟测温信号上的干扰信号，得到滤除干扰后的模拟测温信号；所述adc电路将滤除干扰信号后的模拟测温信号转换成数字信号，通过数字信号接口输出。6.根据权利要求3所述的防电磁干扰能力强的温度传感器，其特征在于，所述限幅器将
测温电压信号中的干扰信号幅值压缩，得到压缩干扰信号后的测温信号；所述低通滤波器将压缩干扰信号后的测温信号中的高频信号滤除；所述adc电路将滤除高频信号的测温信号和模拟测温信号转化为数字信号；所述逻辑控制器产生抵消干扰信号的相位信号，并将相位信号与数字信号中的干扰信号抵消；所述相位调制器调制抵消干扰信号后的数字信号；所述dac电路将数字信号转化为滤除干扰信号后的模拟测温信号。7.根据权利要求1所述的防电磁干扰能力强的温度传感器，其特征在于，所述温度检测电路外接三极管测温，基于三极管的基极和发射极的电压v
be
与集电极电流i
c
之间呈指数关系，为：其中，i
c
为晶体管集电极电流；i
s
为晶体管反向饱和电流；q为电子电荷；k为玻耳兹曼常数；n为晶体管的理想因子；t为晶体管的开尔文温度；e表示自然常数。8.根据权利要求1所述的防电磁干扰能力强的温度传感器，其特征在于，所述恒流源调节产生的电流大小，从而调节注入三极管的电流大小。9.根据权利要求1所述的防电磁干扰能力强的温度传感器，其特征在于，所述电流源开关电路调节输出电流的时长，从而调节注入三极管的电流时长。10.一种防电磁干扰能力强的温度传感器使用方法，应用权利要求1-9任一所述的防电磁干扰能力强的温度传感器，包括如下步骤：测温步骤：温度检测电路外接三极管，并接收三极管的测温电压信号；抗干扰步骤：同步抗干扰电路滤除测温电压信号中的干扰信号，得到滤除干扰后的测温信号。

技术总结
本发明提供了一种防电磁干扰能力强的温度传感器及使用方法，包括温度检测电路；所述温度检测电路包括同步抗干扰电路；所述温度检测电路用于连接三极管；所述温度检测电路接收三极管的测温电压信号，并通过同步抗干扰电路滤除测温电压信号中干扰信号，得到滤除干扰后的测温信号。本发明带远程测温功能的芯片在监测到高频电磁干扰时，同步启动抗干扰电路，滤除高频电磁干扰信号，有效提取三极管的V


技术研发人员：邓正敏
受保护的技术使用者：上海申矽凌微电子科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/9/20