專利名稱：溫度感測裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度感測裝置及其方法，尤其涉及一種設(shè)置于芯片內(nèi)部的溫度感測裝置及其方法。
背景技術(shù)：
集成電路的效能常常受到內(nèi)部元件溫度變化的影響。因此，溫度感測電路目前已被廣泛地使用在許多集成電路上，借以測量其內(nèi)部的溫度。圖1顯示一公知的溫度感測電路10的方框示意圖。參照圖1，該溫度感測電路10包含一電壓產(chǎn)生電路12和一電壓至頻率轉(zhuǎn)換器14。該電壓產(chǎn)生電路12用以產(chǎn)生一與溫度相關(guān)的電壓Vptat，而該電壓至頻率轉(zhuǎn)換器14用以接收該溫度相關(guān)電壓Vptat，借以產(chǎn)生一頻率信號fPTAT。由于該電壓Vptat與溫度的變化成一線性關(guān)系，因此該頻率信號fPTAT的頻率會隨溫度的變化而改變。在公知電路中，該頻率信號fPTAT的頻率通過一晶體震蕩器(未繪出)以計數(shù)信號 fPTAT的脈波數(shù)。該晶體震蕩器是一個外部的構(gòu)件，使用該晶體震蕩器會產(chǎn)生額外的成本及面積，且該芯片也需一額外的接腳以連接該晶體震蕩器。因此，業(yè)界需要一種芯片內(nèi)部的溫度感測裝置，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明揭示一種溫度感測裝置，其設(shè)置于一芯片內(nèi)部。根據(jù)本發(fā)明一實施例，該溫度感測裝置包含一第一電流產(chǎn)生電路、一第二電流產(chǎn)生電路、一第一電流至頻率轉(zhuǎn)換器、一第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器和一計數(shù)單元。該第一電流產(chǎn)生電路用以產(chǎn)生與該第一電流產(chǎn)生電路所處的一溫度相關(guān)的一第一電流，而該第二電流產(chǎn)生電路用以產(chǎn)生與溫度實質(zhì)上無關(guān)的一第二電流。該第一電流至頻率轉(zhuǎn)換器用以接收該第一電流并產(chǎn)生一第一頻率信號，其具有代表該第一電流的一第一頻率。該第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器用以接收該第二電流并產(chǎn)生一第二頻率信號，其具有代表該第二電流的一第二頻率。該計數(shù)單元用以根據(jù)該第一和第二頻率的差異，以產(chǎn)生一數(shù)字信號，代表該溫度。本發(fā)明的另一實施范例揭示一種感測溫度的方法。該方法包含以下步驟產(chǎn)生與溫度相關(guān)的一第一電流；產(chǎn)生與溫度實質(zhì)上無關(guān)的一第二電流；轉(zhuǎn)換該第一電流以產(chǎn)生一第一頻率信號，代表該第一電流的一第一頻率；轉(zhuǎn)換該第二電流以產(chǎn)生一第二頻率信號，代表該第二電流的一第二頻率；以及比較該第一和第二頻率以產(chǎn)生一數(shù)字信號，代表該溫度。本發(fā)明可以準(zhǔn)確的檢測集成電路的信號，且不會明顯提升產(chǎn)品價格和工藝復(fù)雜度。


圖1為顯示一公知的溫度感測電路的方框示意圖；圖2為顯示本發(fā)明一實施例的溫度感測裝置的方框示意圖；圖3為顯示本發(fā)明一實施例的該第一電流產(chǎn)生電路的電路示意圖4為顯示本發(fā)明一實施例的該第二電流產(chǎn)生電路的電路示意圖；及圖5為顯示本發(fā)明一實施例的該第一和第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；及圖6為顯示本發(fā)明另一實施例的該第一和第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。上述附圖中的附圖標(biāo)記說明如下10 溫度感測電路12 電壓產(chǎn)生電路14 電壓至頻率轉(zhuǎn)換器20 溫度感測裝置21 第一電流產(chǎn)生電路23 第二電流產(chǎn)生電路25,25' 第一電流至頻率轉(zhuǎn)換器27，27 第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器29 計數(shù)單元52 邏輯電路62環(huán)形震蕩器M1 M3晶體管R1 R3 電阻Q1 ％雙極結(jié)型晶體管OP1運算放大器COMP1 COMP2 比較器C1 電容CM1第一電流鏡電路CM2第二電流鏡電路
具體實施例方式本發(fā)明在此所探討的方向為一種溫度感測裝置及其方法。為了能徹底地了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及結(jié)構(gòu)。顯然地，本發(fā)明的施行并未限定于本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。另一方面，眾所周知的結(jié)構(gòu)或步驟并未描述于細(xì)節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的較佳實施例會詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以之后的專利范圍為準(zhǔn)。圖2為顯示本發(fā)明一實施例的溫度感測裝置20的方框示意圖。該溫度感測裝置 20設(shè)置于一芯片內(nèi)部，用以感測該芯片內(nèi)部的溫度并據(jù)以輸出代表該溫度的一數(shù)字信號。 參照圖2，該溫度感測裝置20包含一第一電流產(chǎn)生電路21、一第二電流產(chǎn)生電路23、一第一電流至頻率轉(zhuǎn)換器25、一第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器27和一計數(shù)單元四。該第一電流產(chǎn)生電路21用以根據(jù)該芯片內(nèi)部的溫度而產(chǎn)生與溫度相關(guān)的一第一電流I1，而該第二電流產(chǎn)生電路23用以產(chǎn)生與溫度實質(zhì)上無關(guān)的一第二電流I2。該第一電流至頻率轉(zhuǎn)換器25連接于該第一電流產(chǎn)生電路21，用以接收該第一電流I1以產(chǎn)生一第一頻率信號freqi，其中該第一頻率信號freqi反應(yīng)該第一電流I1的變化。該第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器27連接于該第二電流產(chǎn)生電路23，用以接收該第二電流I2以產(chǎn)生一第二頻率信號 freq2，其中該第二頻率信號反應(yīng)該第二電流I2的變化。該計數(shù)單元四用以根據(jù)該第一頻率信號freqi和該第二頻率信號fre%的差異，以產(chǎn)生一數(shù)字信號，其中該數(shù)字信號可以為一 η位元的數(shù)字碼，用以表示該芯片內(nèi)部的溫度。圖3為顯示本發(fā)明一實施例的該第一電流產(chǎn)生電路21的電路示意圖。參照圖3， 該第一電流I1利用兩個操作在相同電流的雙極結(jié)型晶體管A和A所產(chǎn)生。該晶體管A為一單位晶體管，而該晶體管( 由η個單位晶體管并聯(lián)組成。在該兩個雙極結(jié)型晶體管A和仏的基極至發(fā)射極上電壓的差值QVbe電壓)為一成比例于絕對溫度的電壓。因此，晶體管禮的電流可通過施加該AVbe電壓至一電阻隊而產(chǎn)生。晶體管M3的電流I1則為晶體管 M2的電流的復(fù)制。圖3中所示的電路只是象征性的，因而并非代表該第一電流產(chǎn)生電路21 的實際的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，該電流I1為一成比例于絕對溫度的電流。然而，在本發(fā)明另一實施例中，該電流I1可以為一互補于絕對溫度的電流。也即，該電流I1會隨絕對溫度的增加而線性地減少。圖4為顯示本發(fā)明一實施例的該第二電流產(chǎn)生電路23的電路示意圖。參照圖4， 該第二電流產(chǎn)生電路23通過加總一成比例于絕對溫度的電流Iia以及一互補于絕對溫度的電流Ι1Β，借以產(chǎn)生與溫度實質(zhì)上無關(guān)的電流I1，并通過復(fù)制電流I1以產(chǎn)生該第二電流12。 在本實施例中，該電流Iia通過施加一 AVf電壓至一電阻R3而產(chǎn)生，而該電流Iib通過施加 -Vf電壓至一電阻R2而產(chǎn)生。圖4中所示的電路只是象征性的，因而并非代表該第二電流產(chǎn)生電路23的實際的結(jié)構(gòu)。參照圖2，該第一和第二電流I1和I2分別傳送至該第一和第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器 25和27。在本發(fā)明一實施例中，該第一和第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器25和27可為相同組態(tài)的電流至頻率轉(zhuǎn)換器，借以抵銷轉(zhuǎn)換器的不理想因素。舉例而言，當(dāng)該第一電流至頻率轉(zhuǎn)換器 25因為溫度上升而改變輸出頻率值時，由于轉(zhuǎn)換器25和27為相同組態(tài)，故該第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器27的輸出頻率值也會以相同比例改變。圖5顯示本發(fā)明一實施例的該第一和第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器25和27的電路示意圖。參照圖5，這些轉(zhuǎn)換器25和27的每一者包含一電容C1、一第一比較器COMP1、一第二比較器COMP2和一邏輯電路52。該電容C1用以接收該第一電流I1或第二電流I2，借以產(chǎn)生一充電/放電電壓\。在運作時，當(dāng)電壓Vc大于該第一比較器COMP1的一預(yù)設(shè)電壓Vh時，該邏輯電路52的輸出信號轉(zhuǎn)態(tài)以導(dǎo)通晶體管M2，借以對該電容C1進(jìn)行放電。當(dāng)電壓\小于該第二比較器COMP2的一預(yù)設(shè)電壓\時，該邏輯電路52的輸出信號再次轉(zhuǎn)態(tài)以導(dǎo)通晶體管M1，以對該電容C1進(jìn)行充電。通過該電容C1的重復(fù)充放電過程和比較器COMP1,COMP2的比較結(jié)果，該邏輯電路52根據(jù)該第一電流I1或第二電流I2，分別產(chǎn)生該第一頻率信號freqi或第二頻率信號freq2。圖6為顯示本發(fā)明另一實施例的該第一和第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器25'和27'的電路示意圖。參照圖6，這些轉(zhuǎn)換器25'和27'的每一者包含一第一電流鏡電路CM1、一第二電流鏡電路CM2和一環(huán)形震蕩器62。該第一電流鏡電路CM1用以接收該第一電流I1或第二電流I2，并復(fù)制電流I1或I2以產(chǎn)生多個槽電流(sink current)。該第二電流鏡電路CM2 的一部份耦接于該第一電流鏡電路CM1，其用以復(fù)制電流I1或I2以產(chǎn)生多個源電流(source current)。該環(huán)形震蕩器62由多個反向器所組成。該環(huán)形震蕩器62耦接于該第一電流鏡電路CM1和該第二電流鏡電路CM2之間，其用以產(chǎn)生該第一頻率信號freqi或第二頻率信號freq2。除了上述實施范例外，本發(fā)明的該第一和第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器25和27可以為任何形式的電流至頻率轉(zhuǎn)換器。參照圖2，該計數(shù)單元四用以根據(jù)該第一頻率信號freqi和第二頻率信號fre%的差異，以產(chǎn)生一數(shù)字信號，代表該芯片內(nèi)部的溫度。在本發(fā)明一實施例中，該第二頻率信號 freq2的頻率大于該第一頻率信號freqi的頻率十倍以上。因此該第一頻率信號freqi的脈波寬度可通過計數(shù)該第二頻率信號打叫2的脈波數(shù)而獲得。該計數(shù)單元四可以設(shè)計為一同步計數(shù)器或一非同步計數(shù)器。在本發(fā)明另一實施例中，該計數(shù)單元四包含一預(yù)置數(shù)據(jù)庫， 而該預(yù)置數(shù)據(jù)庫包含溫度與頻率的對應(yīng)數(shù)據(jù)。因此該計數(shù)單元可根據(jù)該第一和第二頻率信號的差異，查找該預(yù)置數(shù)據(jù)庫，借以產(chǎn)生代表該芯片溫度的數(shù)字信號。根據(jù)本發(fā)明的溫度感測裝置，首先產(chǎn)生與溫度相關(guān)的一第一電流和與溫度實質(zhì)上無關(guān)的一第二電流。接著，轉(zhuǎn)換該第一電流以產(chǎn)生一第一頻率信號，并轉(zhuǎn)換該第二電流以產(chǎn)生一第二頻率信號。由于該第一頻率信號代表該第一電流，故該第一頻率信號的頻率反應(yīng)環(huán)境溫度的變化。最后，利用與溫度實質(zhì)上無關(guān)的該第二頻率信號的脈波數(shù)計數(shù)該第一頻率信號以獲得一數(shù)字信號。該數(shù)字信號可為一 η位元的數(shù)字碼，其代表該溫度感測裝置所檢測的溫度。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點已揭示如上，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實施例所揭示，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為所附的權(quán)利要求所涵
至
ΓΤΠ ο
權(quán)利要求
1.一種溫度感測裝置，包含一第一電流產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生與該第一電流產(chǎn)生電路所處的一溫度相關(guān)的一第一電流；一第二電流產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生與溫度實質(zhì)上無關(guān)的一第二電流； 一第一電流至頻率轉(zhuǎn)換器，用以接收該第一電流并產(chǎn)生一第一頻率信號，其具有代表該第一電流的一第一頻率；一第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器，用以接收該第二電流并產(chǎn)生一第二頻率信號，其具有代表該第二電流的一第二頻率；以及一計數(shù)單元，用以根據(jù)該第一和第二頻率的差異，以產(chǎn)生一數(shù)字信號，代表該溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感測裝置，其中該第一電流為一第一成比例于絕對溫度的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感測裝置，其中該第一電流為一第一互補于絕對溫度的電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感測裝置，其中該第二電流產(chǎn)生電路包含一第一子電流產(chǎn)生電路，以產(chǎn)生一第一子電流，其成比例于絕對溫度，以及一第二子電流產(chǎn)生電路，以產(chǎn)生一第二子電流，其互補于絕對溫度，該第二電流產(chǎn)生電路用以加權(quán)該第一子電流以及該第二子電流，以產(chǎn)生該第二電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感測裝置，其中該第一和第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器為相同組態(tài)的電流至頻率轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度感測裝置，其中該第一和第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器分別包含一電容，用以接收該第一或第二電流，借以產(chǎn)生一充電/放電電壓；一第一比較器，用以比較該充電/放電電壓和一第一預(yù)設(shè)電壓，借以產(chǎn)生一第一信號；一第二比較器，用以比較該充電/放電電壓和一第二預(yù)設(shè)電壓，借以產(chǎn)生一第二信號；以及一邏輯電路，用以接收該第一和第二信號，借以對應(yīng)該第一或第二電流，分別產(chǎn)生該第一或第二頻率，其中該第一與第二頻率不相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感測裝置，其中該第二頻率大于該第一頻率十倍以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感測裝置，其中該第一頻率同步于該第二頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感測裝置，其中該計數(shù)單元，用以根據(jù)該第一和第二頻率的差異，查找一預(yù)置數(shù)據(jù)庫，其包含溫度與頻率的對應(yīng)數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生代表該溫度的該數(shù)字信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感測裝置，其中該計數(shù)單元為一同步或非同步計數(shù)器。
11.一種感測溫度的方法，包含以下步驟 產(chǎn)生與溫度相關(guān)的一第一電流；產(chǎn)生與溫度實質(zhì)上無關(guān)的一第二電流；轉(zhuǎn)換該第一電流以產(chǎn)生一第一頻率信號，其具有代表該第一電流的一第一頻率； 轉(zhuǎn)換該第二電流以產(chǎn)生一第二頻率信號，其具有代表該第二電流的一第二頻率；以及比較該第一和第二頻率以產(chǎn)生一數(shù)字信號，代表該溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該第一電流為一第一成比例于絕對溫度的電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該第一電流為一第一互補于絕對溫度的電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中產(chǎn)生該第二電流的步驟包含 產(chǎn)生一第一子電流，成比例于絕對溫度；產(chǎn)生一第二子電流，互補于絕對溫度；以及加權(quán)該第一子電流以及該第二子電流，以產(chǎn)生該第二電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該第二頻率大于該第一頻率十倍以上。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該第一頻率同步于該第二頻率。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該產(chǎn)生該數(shù)字信號的步驟，包含根據(jù)該第一和第二頻率的差異，查找一預(yù)置數(shù)據(jù)庫，其包含溫度與頻率的對應(yīng)數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生代表該溫度的該數(shù)字信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該產(chǎn)生該數(shù)字信號的步驟，通過一同步或非同步計數(shù)步驟以比較該第一和第二頻率。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種溫度感測裝置及其方法，該裝置設(shè)置于一芯片內(nèi)部。該溫度感測裝置包含第一和第二電流產(chǎn)生電路、第一和第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器和一計數(shù)單元。該第一電流產(chǎn)生電路用以產(chǎn)生與該第一電流產(chǎn)生電路所處的一溫度相關(guān)的一第一電流，而該第二電流產(chǎn)生電路用以產(chǎn)生與溫度實質(zhì)上無關(guān)的一第二電流。該第一電流至頻率轉(zhuǎn)換器用以產(chǎn)生一第一頻率信號，其具有代表該第一電流的一第一頻率，而該第二電流至頻率轉(zhuǎn)換器用以產(chǎn)生一第二頻率信號，其具有代表該第二電流的一第二頻率。該計數(shù)單元用以根據(jù)該第一和第二頻率的差異，以產(chǎn)生代表該溫度的一數(shù)字信號。本發(fā)明可以準(zhǔn)確的檢測集成電路的信號，且不會提升產(chǎn)品價格和工藝復(fù)雜度。
文檔編號G01K7/01GK102538991SQ20101058795
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者葉梅昭 申請人:原相科技股份有限公司