[实用新型]一种基于TPoS谐振器的温度计

说明书

技术领域

本实用新型属于射频通信技术领域，具体涉及一种基于TPoS(thin-film piezoelectric on substrate)谐振器的温度计。

背景技术

温度传感器是指将温度信号转换成易于传递和处理的电信号的器件。随着材料科学的发展和科技的进步，越来越多的测温方法涌现，应用在不同的场合，每种测温方法都要面对精度、功耗、体积、分辨率、使用寿命、工作温度范围、安装可靠性等问题。高精度、高可靠性的测量在各个领域都有意义，工业上精确稳定的温度控制会使得生产出的产品质量更优、一致性更好。

目前广泛用于电路系统中的是基于石英晶体传感器的温度测量系统。由于石英晶体对温度敏感的切型很多，石英晶体的各向异性使得每种切型极其细微改动都是独特的，使得温频特性不相同，这些切型的石英晶体的固有谐振频率是随温度的变化而变化的。因此，根据石英晶体固有频率随温度的变化率，可以得到温度的变化量，从而测量出当前环境的温度。但是，石英晶体的温频特性曲线与很多因素有关，石英内部的有切割角度、外型尺寸、振荡模态、表面处理；石英外部的有负载电容、驱动功率，这些因素都会影响到温频特性。因此石英晶体温度传感器的温度稳定性不高，同时，由于石英晶体的固有频率不高，造成其测量温度的分辨率有限。此外，石英温度传感器需要使用两片独立的不同切割的石英晶体，每个晶体需独立封装，因此石英温度传感器尺寸较大，且石英与CMOS电路难以实现单芯片集成，无法实现尺寸微型化。

发明内容

本实用新型的目的是针对背景技术存在的不足，提供了一种基于TPoS谐振器的温度计。

本实用新型的的双TPoS谐振器温度计包括两个TPoS谐振器、三个运算放大器、混频器、低通滤波器、频率电压转换器、负载电阻。

第一TPoS谐振器的一端接第一运算放大器的输入端，第一TPoS谐振器的另一端和第一运算放大器的输出端接混频器的一个输入端；第二TPoS谐振器的一端接第二运算放大器的输入端，第二TPoS谐振器的另一端和第二运算放大器的输出端接混频器的另一个输入端；混频器的输出端接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端接频率电压转换器的输入端，频率电压转换器的输出端接第三运算放大器的输入端，负载电阻的一端接地，第三运算放大器的输出端与负载电阻的另一端相接，作为温度示数输出端。第一运算放大器和第二运算放大器采用相同的运算放大器，电压放大特性一致。两个TPoS谐振器搭配使用相同的运算放大器，构成两个振荡器。

所述的第一TPoS谐振器和第二TPoS谐振器处于同一硅基片上；两个TPoS谐振器的准静止中轴的夹角为θ，0°＜θ＜90°；两个TPoS谐振器的单晶硅谐振块长度分别为L₁和L₂，L₁≠L₂。

所述的第一TPoS谐振器和第二TPoS谐振器均工作在侧向扩张-收缩的振动模态，且两个TPoS谐振器除了单晶硅谐振块长度不同以外，其余结构尺寸完全相同。

所述的第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、混频器、低通滤波器、频率电压转换器和负载电阻组成的外围匹配电路，由分立元器件通过PCB(印刷电路板)电路实现，或通过CMOS技术与TPoS谐振器集成在同一芯片上。

本实用新型的通过两个不同晶向的TPoS谐振器表现出不同的频率温度特性曲线，在校准温度下频率相同，当温度发生变化，两个谐振器会产生频率差，根据该频率差得到温度的变化量。本实用新型具有更高的温度分辨率，并且两个谐振器的位置相邻，且可以与外围电路实现通过PCB电路实现或通过单芯片集成，因此整体面积较小，实现整体微型化封装，提高了温度测量的稳定性和分辨率，温度一致性更高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中两个TPoS谐振器位置关系示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于TPoS谐振器的温度计，包括两个TPoS谐振器、三个运算放大器、混频器、低通滤波器、频率电压转换器、负载电阻。