眾所周知，p-n結二極體是最高約200℃的低溫精密溫度計的基礎。流經二極體的電流保持恆定，二極體上的電壓則提供了溫度指示。恆定電流的幅值通常選小的，以便最大限度地減少二極體的自熱效應。二極體電壓隨溫度降低呈線性下降，因此有必要使用運放調節電路實現直接讀數。輸出校準使用電壓基準實現。
在這個設計想法中，以恆定電流驅動的p-n結二極體概念是推導出來的，基本上取消了電壓基準和運放。最終可以形成一個簡單但高度精確的與溫度呈比例的獨特電路實現。本文還推薦了一些有趣的應用。電路的工作基於開關機制，允許兩個交替的恆定電流流經二極體。這種方法用數學方法很容易理解，不過本文省略了一些細節。首先來看肖特基二極體公式：
上述公式給出了流經p-n結二極體的電流(I)與二極體上的電壓(V)、溫度(T)和二極體半導體材料的理想因子(n)之間的關係。k是波茲曼常數，q是電量。In項是二極體反向飽和電流中與溫度無關的部分。在報導的實驗[1]中，一個矽1N4148二極體由電流I1和恆流I2先後交替驅動，過渡發生在溫度T點。
圖1顯示了兩個電流對二極體電壓的影響，其中二極體在恆溫水槽中從溫度T0開始冷卻。理論上，AB和CD線段向後延伸可以達到絕對零度(-273℃)。然而，二極體中的雜質和其它效應限制了電路只能工作到-200℃左右。
圖1：直接均方根讀數溫度計的工作原理。
在溫度T點，兩個依次開關的電流的使用將產生數據對：(T, I1, V1)和(T, I2, V2)。將這對數據置入肖特基公式可以很容易發現理想因子項中的壓差ΔV=V1(T)-V2(T)：
給定二極體的理想因子一般是常數，1N4148二極體的理想因子為1.9[1]。據觀察，矽二極體的電路可預測性要好於鍺二極體。在上個公式中，n、q/kT和ln(I1/I2)這幾項都是常數，我們可以用一個新的常數b將這個公式改寫為：
ΔV(T)=bT，其中T的單位是開爾文
因此只要在測量溫度點電流按比例開關，給定溫度T點的電壓差就直接正比於溫度。開關切換時間要小於溫度可能改變的時間。為了獲得更高的測量精度，在感興趣的溫度點的電壓差ΔV要大。圖1就建議大的I1/I2比值，但如果I1太大的話，自身產熱會上升。圖2顯示了一種創新的開關型恆流鏡像電路，該電路由電晶體Q1和Q2組成，其中輸出電流在D1中進行了鏡像。
圖2：開關型恆流源。
在圖2中，Q2的負載電阻通過額外電晶體Q3切入或切出集電極，而Q3則由50%佔空比的時鐘源V3進行驅動。這樣負載電阻就是可變的，當V3=5V時負載電阻值為R1，當V3=0V時值為(R1+R2)。圖2中顯示的值給出了20.14μA或111.38μA這兩個鏡像電流。將所有常數代入壓差公式得到：
ΔV(T)=2.8×10-4T
根據這個公式可以預測，溫度在-200℃時輸出ΔV=20.5mV，25℃時為83.4mV，200℃時為132.0mV。使用運放的放大電路可以將輸出提升到要求的水平。
在最終電路中，時鐘源可以是接近50%佔空比的555非穩態時鐘，或嵌入式控制器的PWM輸出。設計在10kHz處進行了測試。二極體電壓在V1和V2之間切換，因此固有直流電平可以使用具有低截止頻率(比如2Hz)的簡單RC網絡進行濾除。
濾波可以確保方波輸出，並且可以忽略峰值電平衰減，不會引入頻率相關性。輸出隨後可以用交流模式的真正均方根數字電壓表在圖3中的「out1」端讀出。
圖3：均方根輸出直接正比於溫度的功能性電路。
工作頻率上限是二極體開關響應變得遲緩時的值。可以實現多種讀數增強功能。例如，將單位增益檢波器或精密全波整流器[2]連接到濾波器輸出端，確保輸出是正的，並且在圖3中的「out2」處得到與溫度呈比例的峰值和均方根值。
這種電路的可能應用有直接讀數的超線性寬範圍溫度計、閉環溫度控制以及溫度數據採集。將濾波後的輸出波形對高頻載波進行幅度調製是一種有趣的應用。如果去掉RC濾波器、二極體直流中心電壓先緩衝然後應用到線性VCO中的調諧變容二極體還可以實現溫度對頻率的調製。頻率偏差則直接正比於溫度。