一种实用化的数字体温测量算法及其ASIC实现

　　1 引言

　　以往的电子体温计大多采用复杂的模拟电路实现，将反映温度变化的电阻值转化成电压或电流等模拟量，经线性电路放大、补偿后，模/数转换器将该模拟信号转换成数字信号输出，这种方式对工作条件要求高，结果不易稳定且ASIC 实现成本很高，给使用推广带来诸多不便。近年来较为实用化的温度测量方式把携带温度信息的热敏电阻值转化成振荡器的频率信号，然后对频率信号进行采样处理，便可以得到其代表的温度值，即在一定的时间内对频率脉冲进行计数来进行温度测量[1~4]。不过，[1]中还是要借助较为复杂的模拟电压基准来保证电路的准确测量，芯片面积较大;[2,3]中设计的温度计测量范围较大，ROM 部分占据较大的版图。[4]中只是概述了测量方法，算法没有论述清楚，更没有完整的电路与验证。

　　本文以实用化的数字人体体温计为设计目标，通过优化测量算法，取代传统电子体温计中大量复杂的模拟模块，使用较多的数字电路模块设计出实用化的数字体温计电路，简化了电路结构，降低了芯片成本。完成算法、系统、电路、版图的完整设计。

　　2 温度测量算法

　　热敏电阻值随温度呈指数规律变化[5,6]，当使用它测量温度时，必须进行线性化处理。温度测量控制芯片是把温度测量算法通过ASIC 实现，所以采用何种算法实现体温测量对芯片的结构、复杂程度、性能、成本等起到至关重要的作用。本文考虑到体温测量本身的特点(10°C 的范围，0.1°C 的精度要求)，基于线性插值法，借ROM 查找表来分段线性化热敏电阻值，把热敏电阻值转化成振荡器的频率信号[1~4]，对频率进行采样，通过两次计数法[2,4]，每次测量前先进行校准时间，完成实用化的数字体温测量。

　　2.1 摄氏温标情况

　　图1 表示热敏振荡器产生的脉冲数与热敏阻值间的指数关系。其中[k]表示温度k 的取整;f 表示频率，下标k 表示温度，fk 表示热敏电阻温度为k℃时，热敏振荡器产生的频率为fk;b 表示线性化校正系数，下标[i]→[i+1]表示温度范围，b[i]→[i+1]表示在温度[i]℃到([i+1])℃之间对应的线性化校正系数;t 表示时间， i→(i+1)tk 表示k℃的热敏电阻测量时温度计数器从i℃跳到(i+1)℃(即产生10 个脉冲)需要的时间。

　　实现热敏电阻与温度线性化等价于该电阻连入热敏振荡器产生的频率(表现为单位时间内的脉冲数)与温度线性化。采用分段线性化，如图1 中测量的体温为k℃时，首先确定温度是在[k]与[k]+1 两个整数温度之间，然后到脉冲调节模块中取出对应这段温度的频率校正系数b[k ]→([k ]+1) ，使用它对k 点的频率fk进行调制，调制后的频率[ ]→([ ]+1) × fk b k k 在剩下的时间k kt k [ ]→里产生的脉冲数 为温度在十分位的小数值。