本發(fā)明涉及溫度檢測領域，具體涉及了一種晶體管工作在亞閾區(qū)的溫度檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術：

傳統(tǒng)的檢測溫度的電路根據(jù)器件(如二極管、金屬-氧化物-半導體場效應晶體管MOSFET、雙極晶體管BJT等)的特性隨溫度的變化而發(fā)生漂移這一機理利用器件的正常工作區(qū)(對MOSFET而言，其柵源電壓大于其閾值電壓)進行溫度檢測，其主要構成是這樣的：首先利用器件特性隨溫度的變化將感知的溫度轉化為電流或電壓，然后利用模-數(shù)轉換電路將連續(xù)的電流或電壓模擬量轉換為離散的數(shù)字量，然后將這一表征隨溫度變化的電流或電壓的數(shù)字量進一步線性地轉化或譯碼為表征感知溫度的數(shù)字量，如圖1所示。

這種傳統(tǒng)的檢測溫度的電路的缺點：器件工作在正常工作區(qū)，其電壓較高、電流較大，因此電路功耗較大；利用模-數(shù)轉換電路將表征檢測溫度的電流/電壓模擬信號轉換為表征檢測溫度的電流/電壓數(shù)字信號，因此模-數(shù)轉換電路面積較大，同時導致整體電路功耗較大；采用線性轉換電路(線性譯碼器)將表征檢測溫度的電流/電壓數(shù)字信號線性地轉換為表征檢測溫度的數(shù)字信號，將表征檢測溫度的電流/電壓模擬信號隨溫度的變化近似為線性關系，而忽略了表征檢測溫度的電流/電壓模擬信號與溫度之間的非線性關系，這在某些溫度范圍內會導致較大的誤差，降低了溫度檢測精度；正常工作電壓下，檢測溫度的電流/電壓隨溫度的變化不明顯，限制了檢測溫度的精度的提高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種溫度檢測系統(tǒng)，以使溫度檢測系統(tǒng)達到功耗低、面 積小、測量精度高的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案：

一種溫度檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：晶體管電路、計數(shù)器、轉換電路；

所述晶體管電路的晶體管工作在亞閾區(qū)，用于生成頻率隨溫度變化的信號，并將所述頻率隨溫度變化的信號傳送給所述計數(shù)器；

所述計數(shù)器連接在所述晶體管電路與所述轉換電路之間，對所述頻率隨溫度變化的信號進行計數(shù)，并將得到的計數(shù)值傳送給所述轉換電路；

所述轉換電路與所述計數(shù)器連接，用于將所述計數(shù)值轉換為表征溫度的數(shù)字信號。

優(yōu)選地，所述轉換電路為線性轉換電路或非線性轉換電路。

優(yōu)選地，所述晶體管電路為工作在亞閾區(qū)的MOSFET電路。

優(yōu)選地，所述工作在亞閾區(qū)的MOSFET電路為工作在亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器電路。

優(yōu)選地，所述工作在亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器電路由奇數(shù)個反相器組成，每一級反相器的輸出端連接下一級反相器的輸入端，最后一級反相器的輸出端連接在第一級反相器的輸入端。

優(yōu)選地，每個反相器的電源電壓vdd滿足：大于2倍熱電壓Vr并小于閾值電壓Vy；所述閾值電壓Vy為每個反相器中P型MOSFET閾值電壓Vthp絕對值，或者所述閾值電壓Vy為每個反相器中N型MOSFET閾值電壓Vthn絕對值，或者所述閾值電壓Vy為每個反相器中P型MOSFET閾值電壓Vthp絕對值與N型MOSFET閾值電壓Vthn絕對值中的最小值。

優(yōu)選地，每個反相器的電源電壓vdd滿足：大于3倍熱電壓Vr并小于閾值電壓Vy；所述閾值電壓Vy為每個反相器中P型MOSFET閾值電壓Vthp絕對值，或者所述閾值電壓Vy為每個反相器中N型MOSFET閾值電壓Vthn絕對值，或者所述閾值電壓Vy為每個反相器中P型MOSFET閾值電壓Vthn絕對值與N型MOSFET閾值電壓Vthn絕對值中的最小值。

優(yōu)選地，所述轉換電路包括多個線性轉換電路，用于實現(xiàn)非線性轉換。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括：分頻電路；所述分頻電路連接在所述晶體 管電路與所述計數(shù)器之間，用于對所述頻率隨溫度變化的信號進行分頻。

一種溫度檢測方法，其特征在于，所述方法包括：

利用工作在亞閾區(qū)的晶體管電路感知溫度變化；

獲取所述晶體管電路輸出的頻率隨溫度變化的信號；

對所述頻率隨溫度變化的信號進行計數(shù)，得到第一計數(shù)值；

將所述第一計數(shù)值轉換為表征溫度的數(shù)字信號。

一種溫度檢測方法，其特征在于，所述方法包括：

利用工作在亞閾區(qū)的晶體管電路感知溫度變化；

獲取所述晶體管電路輸出的頻率隨溫度變化的信號；

對所述頻率隨溫度變化的信號進行分頻，得到分頻信號；

對所述分頻信號進行計數(shù)，得到第一計數(shù)值；

將所述第一計數(shù)值轉換為表征溫度的數(shù)字信號。

優(yōu)選地，所述晶體管電路為：MOSFET環(huán)形振蕩器電路。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供的溫度檢測系統(tǒng)及方法，工作在亞閾區(qū)的晶體管電路感知溫度變化，以生成頻率隨溫度變化的信號；計數(shù)器對所述頻率隨溫度變化的信號進行計數(shù)得到計數(shù)值，轉換電路將所述計數(shù)值轉化為表征溫度的數(shù)字信號。利用本發(fā)明使溫度檢測系統(tǒng)達到功耗低、面積小、測量精度高的目的。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術中溫度檢測電路的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例溫度檢測系統(tǒng)的一種結構示意圖。

圖3是本發(fā)明工作在亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器電路的結構示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例溫度檢測系統(tǒng)的另一種結構示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例溫度檢測系統(tǒng)的第三種結構示意圖。

圖6是本發(fā)明實施例中計數(shù)值與溫度值轉換關系的一種結構示意圖。

圖7是本發(fā)明實施例中計數(shù)值與溫度值轉換關系的另一種結構示意圖。

圖8是本發(fā)明實施例溫度檢測系統(tǒng)的第四種結構示意圖。

圖9是本發(fā)明實施例溫度檢測系統(tǒng)的第五種結構示意圖

圖10是本發(fā)明實施例溫度檢測方法的一種流程圖。

圖11是本發(fā)明實施例溫度檢測方法的另一種流程圖。

具體實施方式

為了使本領域技術人員能更進一步了解本發(fā)明的特征及技術內容，下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明實施例作詳細說明。

針對上述傳統(tǒng)的檢測溫度的電路的缺點，本發(fā)明實施例提供一種溫度檢測系統(tǒng)，以達到提高檢測精度、降低功耗、節(jié)約電路板的目的。

圖2是本發(fā)明實施例溫度檢測系統(tǒng)的一種結構示意圖，該系統(tǒng)包括：晶體管電路、計數(shù)器、轉換電路；所述晶體管電路的晶體管工作在亞閾區(qū)，用于生成隨溫度變化的頻率信號，并將所述頻率隨溫度變化的信號傳送給所述計數(shù)器；所述計數(shù)器連接在所述晶體管電路與所述轉換電路之間，對所述頻率隨溫度變化的信號進行計數(shù)，并將得到的計數(shù)值傳送給所述轉換電路；所述轉換電路與所述計數(shù)器連接，用于將所述計數(shù)值轉換為表征溫度的數(shù)字信號。

實際應用中，晶體管電路輸出表征檢測溫度的頻率隨溫度變化的信號，計數(shù)器對表征檢測溫度的頻率隨溫度變化的信號的周期數(shù)進行計數(shù)得到計數(shù)值，并將計數(shù)值輸出給轉換電路，轉換電路將表征檢測溫度的計數(shù)值轉換為表征檢測溫度的數(shù)字信號，從而實現(xiàn)低功耗的、且面積小的全數(shù)字的溫度檢測電路。

需要說明的是，表征亞閾區(qū)特性的最重要的參數(shù)是晶體管的閾值電壓，晶體管的閾值電壓隨溫度的變化而漂移。

本發(fā)明實施例中，晶體管電路中的工作在亞閾區(qū)的晶體管可以是雙極晶體管、金屬半導體場效應晶體管(MESFET)、碳納米管場效應晶體管(NanoTube FET)、MOSFET器件等所有特性隨溫度變化的器件，其中，MOSFET器件亞閾區(qū)漏-源電流與柵-源電壓和閾值電壓之差成指數(shù)變化關系，MOSFET閾值電壓的漂移會引起亞閾區(qū)的電流-電壓關系顯著漂移，因 此利用工作在亞閾區(qū)的MOSFET電路作為本發(fā)明實施例的晶體管電路是本發(fā)明實施例較優(yōu)的選擇。

進一步地，由于工作在亞閾區(qū)的MOSFET電路其電流較正常工作的MOSFET電路的電流小多個數(shù)量級，對亞閾區(qū)工作的MOSFET電路直接進行電流/電壓檢測很困難，其檢測電路成本也很高，因此對亞閾區(qū)工作的MOSFET電路的檢測直接檢測其隨溫度變化的頻率信號。

進一步地，工作在亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器其每一級的充放電電流隨溫度變化，因此表征所述MOSFET環(huán)形振蕩器的充放電速度的振蕩頻率也是隨溫度變化，由此可以使用環(huán)形振蕩器的振蕩頻率表征感知的溫度，即采用工作在亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器電路作為工作在亞閾區(qū)的MOSFET電路。

進一步地，對工作在亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器電路的振蕩頻率的表征可以利用一定時間段內的振蕩周期數(shù)的計數(shù)進行表征，具體的，為了易于形成振蕩，如圖3所示，工作在亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器由奇數(shù)個反相器組成，整個電路輸出為Vout，輸入為in，其中，每一級反相器的輸出端連接下一級反相器的輸入端，最后一級反相器的輸出端連接在第一級反相器的輸入端，在圖3中第一個反相器的輸入為in，輸出為out，電源電壓為vdd，MOSFET環(huán)形振蕩器中每個反相器的電源電壓相同均為vdd，并且vdd滿足：大于3倍熱電壓Vr并小于閾值電壓Vy，所述閾值電壓Vy為每個反相器中P型MOSFET閾值電壓Vthp絕對值，或者所述閾值電壓Vy為每個反相器中N型MOSFET閾值電壓Vthn絕對值，或者所述閾值電壓Vy為每個反相器中P型MOSFET閾值電壓Vthp絕對值與N型MOSFET閾值電壓Vthn絕對值中的最小值。當然，對于由奇數(shù)個反相器組成亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器電路，電路中反相器的電源電壓vdd如果大于2倍熱電壓Vr并小于閾值電壓Vy也可以滿足要求。

在本實施例中，轉換電路可以為線性轉換電路或非線性轉換電路，轉換電路還可以是用于實現(xiàn)非線性轉換的多個線性轉換電路。如圖4所示實施例表示轉換電路為線性轉換電路，圖5所示實施例表示轉換電路為非線性轉換電路，其中，線性轉換電路可以由線性譯碼器實現(xiàn)，非線性轉換電 路可以由非線性譯碼器實現(xiàn)。

進一步地，線性轉換電路的基礎是將計數(shù)器的單位時間內的計數(shù)值看作溫度的線性函數(shù)，如圖6中的近似直線所示，而實際上計數(shù)器的單位時間內的計數(shù)值是溫度的非線性函數(shù)，如圖6中的實際曲線所示。在線性轉換電路下，單位時間內的計數(shù)值N1轉換為對應溫度T1’，而實際對應溫度為T1，其誤差是T1’-T1；單位時間內的計數(shù)值N2轉換為對應溫度T2’，而實際對應溫度為T2,其誤差是T2’-T2；單位時間內的計數(shù)值N3轉換為對應溫度T3’，而實際對應溫度為T3,其誤差是T3’-T3。

進一步地，非線性轉換電路的基礎是將計數(shù)器的單位時間內的計數(shù)值看作溫度的非線性函數(shù)，如圖7中的實際曲線所示。在非線性轉換電路下，單位時間內的計數(shù)值N1轉換為對應溫度T1，而實際對應溫度為T1，其誤差為0；單位時間內的計數(shù)值N2轉換為對應溫度T2，而實際對應溫度為T2，其誤差為0；單位時間內的計數(shù)值N3轉換為對應溫度T3，而實際對應溫度為T3，其誤差為0。因此非線性轉換電路較線性轉換電路具有更高的轉換精度。

更進一步地，完全的非線性轉換在電路或軟件從實現(xiàn)代價的角度講是不可能，以多段線性轉換逼近完全非線性轉換，如圖7所示，在多段線性轉換下，單位時間內的計數(shù)值N1轉換為對應溫度T1，而實際對應溫度為T1，其誤差為0；單位時間內的計數(shù)值N2轉換為對應溫度T2，而實際對應溫度為T2，其誤差為0；單位時間內的計數(shù)值N3轉換為對應溫度T3，而實際對應溫度為T3，其誤差為0。因此以多段線性轉換實現(xiàn)的非線性轉換電路較線性轉換電路具有更高的轉換精度。

為了提高對工作在亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器電路的檢測精度，還可以增加分頻電路，通過分頻電路對溫度檢測系統(tǒng)信號的分頻，得到高精度的溫度數(shù)字信號。

如圖8是本發(fā)明實施例溫度檢測系統(tǒng)的第四種結構示意圖，與圖4不同的是，圖4所示結構示意圖中增加了分頻電路，其中，分頻電路連接在晶體管電路與計數(shù)器之間，用于對所述頻率信號進行分頻。

在該實施例中，工作在亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器電路輸出表征溫 度的頻率隨溫度變化的信號；分頻電路對所述頻率隨溫度變化的信號進行分頻，得到分頻信號；計數(shù)器對所述分頻信號進行計數(shù)，得到計數(shù)值；轉換電路將所述計數(shù)值轉換為表征溫度的數(shù)字信號，從而實現(xiàn)低功耗的、面積小的、且檢測精度高的全數(shù)字的溫度檢測電路。

為了提高數(shù)據(jù)轉換精度，如圖9是本發(fā)明實施例溫度檢測系統(tǒng)的第五種結構示意圖，與圖8不同的是，轉換電路采用非線性轉換器實現(xiàn)，以使溫度檢測系統(tǒng)具有更高的轉換精度。

相應地，本發(fā)明實施例還提供了一種溫度檢測方法，如圖10所示，是本發(fā)明實施例溫度檢測方法的一種流程圖，包括以下步驟：

步驟101：利用工作在亞閾區(qū)的晶體管電路感知溫度變化。

需要說明的是，所述晶體管電路可以是MOSFET環(huán)形振蕩器電路。

進一步地，MOSFET環(huán)形振蕩器電路可以由奇數(shù)個工作在亞閾區(qū)反相器組成。

步驟102：獲取所述晶體管電路輸出的頻率隨溫度變化的信號。

步驟103：對所述頻率隨溫度變化的信號進行計數(shù)，得到第一計數(shù)值。

步驟104：將所述第一計數(shù)值轉換為表征溫度的數(shù)字信號。

本實施例溫度檢測方法，通過工作在亞閾區(qū)的晶體管電路得到表征溫度的頻率信號，再通過對所述頻率信號的計數(shù)與轉換得到表征溫度的數(shù)字信號，從而實現(xiàn)檢測精度高的溫度檢測方法。

為了提高對工作在亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器電路的檢測精度，還可以增加對環(huán)形振蕩器電路的分頻，通過分頻得到更高精度的溫度數(shù)字信號。

如圖11是本發(fā)明實施例溫度檢測方法的另一種流程圖，與圖10所示方法不同的是，增加了對亞閾區(qū)的晶體管電路分頻，如圖11所示方法包括以下步驟：

步驟201：利用工作在亞閾區(qū)的晶體管電路感知溫度變化。

需要說明的是，所述晶體管電路可以是MOSFET環(huán)形振蕩器電路。

進一步地，MOSFET環(huán)形振蕩器電路可以由奇數(shù)個工作在亞閾區(qū)反相器組成。

步驟202：獲取所述晶體管電路輸出的頻率隨溫度變化的信號。

步驟203：對所述頻率隨溫度變化的信號進行分頻，得到分頻信號。

步驟204：對所述分頻信號進行計數(shù)，得到第一計數(shù)值。

步驟205：將所述第一計數(shù)值轉換為表征溫度的數(shù)字信號。

本發(fā)明實施例提供的溫度檢測方法，利用工作在亞閾區(qū)的晶體管電路輸出表征溫度的頻率隨溫度變化的信號，對所述頻率隨溫度變化的信號進行分頻后，得到分頻信號；再通過對所述分頻信號的計數(shù)與轉換得到表征溫度的數(shù)字信號，從而實現(xiàn)檢測精度更高的溫度檢測方法。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的溫度檢測系統(tǒng)及方法，利用工作在亞閾區(qū)的MOSFET環(huán)形振蕩器電路輸出表征溫度的頻率隨溫度變化的信號；利用分頻電路對所述頻率隨溫度變化的信號進行分頻，得到分頻信號；計數(shù)器對所述分頻信號進行計數(shù)，得到計數(shù)值；轉換電路將所述計數(shù)值轉換為表征溫度的數(shù)字信號，從而實現(xiàn)低功耗的、面積小的、且檢測精度高的全數(shù)字的溫度檢測系統(tǒng)。

以上對本發(fā)明實施例進行了詳細介紹，本文中應用了具體實施方式對本發(fā)明進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的系統(tǒng)及方法；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。