温度监控电路以及方法与流程

本申请实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种使用了晶体管的基极—发射极间电压vbe的温度监控电路以及方法。

背景技术：

温度监控(monitor，也可称为监视)电路是随着温度变化而使输出电压变化的电路。使用根据周围的温度变动的晶体管的基极-发射极间电压vbe的温度监控电路，与使用热敏电阻的温度监控电路相比更为廉价，并且具有输出呈线性的优点，但是检测精度稍差。

因此，在温度特性的斜率小且检测温度误差变大的情况下，通过放大电路放大输出，增大电压温度系数来进行检测温度误差的改善(例如，参考专利文献1)。

专利文献1：wo2014/123046

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现要素：

但是，发明人发现：在温度监控电路中，将实用温度带(实际使用的温度范围，例如25℃～150℃)和输出电平限制范围(例如0v～4.5v)设定为实现条件。在为了实现目标的检测温度误差而单纯地放大输出电压的情况下，存在输出电压电平整体上升从而上升到截距，进而摆脱输出电压电平限制的问题。

针对上述问题的至少之一，本申请实施例提供一种温度监控电路以及方法，能够在实现条件内设定适当的电压温度系数。

根据本申请实施例的一方面，提供一种温度监控电路，其具有温度检测电路，该温度检测电路使用晶体管的基极-发射极间电压，根据温度生成第1输出电压，

所述温度监控电路还具有：

电压下降电路，其将所述第1输出电压转换成第2输出电压，所述第2输出电压是使用与所述晶体管相同特性的电压下降用晶体管的基极-发射极间电压，使所述第1输出电压的电压下降并且增加所述第1输出电压的电压温度系数后得到的；以及

放大器电路，其将所述第2输出电压转换成第3输出电压，所述第3输出电压是使所述第2输出电压增大并且增加所述第2输出电压的电压温度系数后得到的。

根据本申请实施例的另一方面，提供一种温度监控方法，使用晶体管的基极-发射极间电压并根据温度生成第1输出电压，所述温度监控方法还包括：

将所述第1输出电压转换成第2输出电压，所述第2输出电压是使用与所述晶体管相同特性的电压下降用晶体管的基极-发射极间电压，使所述第1输出电压的电压下降并且增加所述第1输出电压的电压温度系数后得到的；以及

将所述第2输出电压转换成第3输出电压，所述第3输出电压是使所述第2输出电压增大并且增加所述第2输出电压的电压温度系数后得到的。

本申请实施例的有益效果之一在于：可以与电压温度系数一同变更在实用温度带的下限和/或上限时的截距，因此起到能够在实现条件内设定适当的电压温度系数的效果。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在本申请实施例的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。

图1是相关技术中的温度监控电路的结构的一示意图；

图2是示出图1所示的温度监控电路的输出电压的示例图；

图3是示出本申请实施例的温度监控电路的结构的一示意图；

图4是示出图3所示的温度监控电路的输出电压的示例图；

图5是本申请实施例的温度监控电路的另一示意图；

图6是相关技术中温度和电压、电流的关系的一示例图；

图7是本申请实施例的温度和电压、电流的关系的一示例图；

图8是本申请实施例的温度检测电路和温度监控电路的另一示意图；

图9是本申请实施例的温度监控方法的示意图。

标号说明

1、100：温度监控电路；10：温度检测电路；20、20a：放大器电路；30：电压下降电路；11～16：恒流源；q1～q4：晶体管；r3、r4、r7、r8：反馈电阻。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。

在本申请实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。

图1是相关技术中的温度监控电路的结构的一示意图。如图1所示，温度监控电路100具备温度检测电路10和放大器电路20，温度检测电路10输出随着温度变化而变化的输出电压vout1，放大器电路20输出将输出电压vout1放大后的输出电压vout2。

如图1所示，温度检测电路10具备恒流源11～14、电阻r1、r2、晶体管q1、q2。恒流源11的一端与电源电压vcc连接，并且根据电源电压vcc生成恒定电流。电阻r1、r2串联连接在恒流源11的另一端与接地(ground)之间。

如图1所示，恒流源12和恒流源13均是一端与电源电压vcc连接，并且根据电源电压vcc分别生成相同的恒定电流。而且，恒流源12的另一端与由npn晶体管构成的晶体管q1的集电极连接，并且将生成的恒定电流提供给晶体管q1的集电极。另外，恒流源13的另一端与由npn晶体管构成的晶体管q2的集电极连接，并且将生成的恒定电流提供给晶体管q2的集电极。

如图1所示，晶体管q1的基极与电阻r1和r2之间的连接点连接，晶体管q2的基极与恒流源11的另一端和电阻r2之间的连接点连接，晶体管q1和晶体管q2的发射极与恒流源14的一端连接。另外，晶体管q1和晶体管q2的发射极与恒流源14的一端之间的连接点的电压被作为输出电压vout1输出。

这里，当将在电阻r2的两端之间产生的带隙齐纳电压设为δvbe、将晶体管q1的基极-发射极间的电压设为vbe时，输出电压vout1可以用以下公式1来表示。

vout1＝δvbe(r1/r2)-vbe……公式1

并且，在晶体管q1和晶体管q2具有相同的温度特性、发射极面积比被设定为10：1的情况下，将电阻r2的两端间电压设为δvbe，并且可以用以下公式2来表示。

δvbe＝(k*t/q)*in10……公式2

其中，k是玻尔兹曼常数，q是单位电荷，t是绝对温度。

进而，将晶体管q1的基极-发射极间电压设为vbe，并且在

vbe＝vg-0.002*t……公式3

带隙电压vg＝1.11v的情况下，将公式2、公式3代入到公式1中，此时

vout1＝{(k/q)*in10*(r1/r2)+0.002}*t-1.11……公式4

输出电压vout1的电压温度系数为{(k/q)*in10*(r1/r2)+0.002}。

如图1所示，放大器电路20具备运算放大器amp和反馈电阻r3、r4。输出电压vout1输入到运算放大器amp的非反转输入端子，运算放大器amp的输出被反馈电阻r3、r4分压后提供给反转输入端子，构成非反转放大电路。因此，放大器电路20输出将输出电压vout1放大了(1+r3/r4)倍后的输出电压vout2。

图2是示出图1所示的温度监控电路的输出电压的示例图。在图2中，示出了电压温度系数为(10mv/℃)的输出电压vout1；此外还示出了输出电压vout2，该输出电压vout2是为了改善检测温度误差而将电压温度系数增加到(24mv/℃)，并且在放大器电路20中将输出电压vout2设为输出电压vout1的2.4倍。

由于输出电压vout2是输出电压vout1的2.4倍，由此

vout2＝2.4*{(k/q)*in10*(r1/r2)+0.002}*t-2.4*1.11

因此，如图2所示，在还没有达到实用温度带的上限(如图2所示的150℃)时，输出电压vout2的输出特性波动到输出电平限制范围之上而不能使用。因此，存在输出电压电平整体上升从而上升到截距，进而摆脱输出电压电平限制的问题。以下针对上述问题的至少之一，对本申请实施例进行说明。

第一方面的实施例

本申请实施例提供一种温度监控电路。

图3是本申请实施例的温度监控电路的一示意图。如图3所示，温度监控电路1具有温度检测电路10、电压下降电路30、以及放大器电路20a。温度检测电路10输出随着温度变化而变化的输出电压vout1，电压下降电路30输出变更了输出电压vout1的电压温度系数后的输出电压vout3，放大器电路20a输出对输出电压vout3进行放大后的电压vout4。

如图3所示，电压下降电路30具有恒流源15、16、晶体管q3、q4、电阻r5、r6。晶体管q3、q4由具有与温度检测电路10的晶体管q1、q2相同的温度特性的npn晶体管构成。

值得注意的是，以上图3仅对本申请实施例的温度监控电路进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个模块或部件之间的连接关系，此外还可以增加其他的一些模块或部件，或者减少其中的某些模块或部件。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图3的记载。

如图3所示，恒流源15的一端与电源电压vcc连接，另一端与晶体管q3的集电极连接，并且将生成的恒定电流提供给晶体管q3的集电极。晶体管q3的基极与温度检测电路10的输出端子(输出电压vout1)连接，晶体管q3的发射极经由电阻r5接地。

如图3所示，恒流源16的一端与电源电压vcc连接，另一端与晶体管q4的集电极连接，并且将生成的恒定电流提供给晶体管q4的集电极。晶体管q4的基极与晶体管q3的发射极连接，晶体管q4的发射极经由电阻r6接地。晶体管q4的发射极的电压作为输出电压vout3从电压下降电路30输出。

这里，晶体管q3、q4的基极-发射极间电压vbe分别是

vbe＝vg-0.002*t

因此，来自电压下降电路30的输出电压vout3是从vout1减去2*vbe后的

vout3＝{(k/q)*in10*(r1/r2)+3*0.002}*t-3*1.11……公式5

另外，vg＝1.11v。

根据公式5可知，例如，vout3的电压温度系数增加(4mv/℃)，t＝0k-273℃时的截距下降2.22v。

如图3所示，放大器电路20a具有运算放大器amp和反馈电阻r7、r8。输出电压vout3输入到运算放大器amp的非反相输入端子，运算放大器amp的输出被反馈电阻r7、r8分压后提供给反相输入端子，由此构成非反相放大电路。因此，放大器电路20输出通过将输出电压vout3放大(1+r7/r8)倍而获得的输出电压vout4。

图4是示出图3所示的温度监控电路的输出电压的示例图。在图4中，示出了电压温度系数为(10mv/℃)的输出电压vout1、通过具有与晶体管q1、q2相同的温度特性的晶体管q3、q4使输出电压vout1电压下降的输出电压vout3、以及通过放大器电路20a使输出电压vout3放大1.7倍后的输出电压vout4。

例如，相对于电压温度系数为(10mv/℃)的输出电压vout1，由于电压温度系数增加(4mv/℃)而成为(14mv/℃)，且t＝0k-273℃时的截距下降2.22v(如图4所示，从-1.11v到-3.33v)，因此vout3在实用温度带的下限(例如25℃)时，通过(位于)从输出电平限制范围的下限到输出电平限制范围(例如4.5v)+10％以内(例如0.2v)的范围。

例如，实用温度带的下限为25℃，输出电平限制范围为0v～4.5v，则输出电平限制范围的下限值为0，设预定值为输出电平限制范围(4.5)的10％以内(例如为0.2)，则该下限值加上该预定值的第一值为0.2。因此，vout3在实用温度带的下限(例如25℃)时，位于0v～0.2v的范围内。以上仅对下限值、预定值、第一值进行了示例性说明，本申请实施例不限于此。

换言之，电压下降电路30将输出电压vout1转换为具有如下输出特性的输出电压vout3：在实用温度带的下限时，通过从输出电平限制范围的下限到输出电平限制范围+10％以内的范围。

而且，由于输出电压vout4是输出电压vout3的1.7倍，因此

vout4＝1.7*{(k/q)*in10*(r1/r2)+0.002}*t－1.7*3*1.11

由此，例如vout4的电压温度系数增加到(23.8mv/℃)。而且，如图4所示，即使使vout4的电压温度系数增加到与现有技术的输出电压vout2相同的电平，vout4的输出特性是在实用温度带的上限(例如150℃)时，通过从输出电平限制范围的上限到输出电平限制范围(例如4.5v)-10％以内(例如4.4v)的范围，因此也收敛在实现条件内。

例如，实用温度带的上限为150℃，输出电平限制范围为0v～4.5v，则输出电平限制范围的上限值为4.5，设预定值为输出电平限制范围(4.5)的10％以内(例如为0.1)，则该上限值减去该预定值的第二值为4.4。因此，vout3在实用温度带的上限(例如150℃)时，位于4.5v～4.4v的范围内。以上仅对上限值、预定值、第二值进行了示例性说明，本申请实施例不限于此。

换言之，放大器电路20a将输出电压vout3转换为具有如下输出特性的输出电压vout4：在实用温度带的上限(例如150℃)时，通过从输出电平限制范围的上限到输出电平限制范围(例如4.5v)-10％以内(例如4.4v)的范围。

并且，根据本申请的实施方式，即使与以往的放大器电路20a的增益相比，抑制了放大器电路20a的增益(1.7倍)，也能够使电压温度系数增加到大致同等的值。因此，能够抑制温度检测电路10的输出特性的偏差扩大。

如以上说明的那样，根据本申请的一些实施方式，温度监控电路1具有温度检测电路10，该温度检测电路10使用晶体管q1、q2的基极-发射极间电压vbe，根据温度生成第1输出电压(vout1)，该温度监控电路10具有：电压下降电路30，其将第1输出电压(vout1)转换成第2输出电压(vout3)，该第2输出电压(vout3)是使用与晶体管q1、q2相同特性的电压下降用晶体管(q3、q4)的基极-发射极间电压vbe，使第1输出电压(vout1)的电压下降并且增加电压温度系数后得到的；以及放大器电路20a，其将第2输出电压(vout3)转换成第3输出电压(vout4)，该第3输出电压(vout4)是使第2输出电压(vout3)增大并且进一步增加电压温度系数后得到的。

根据该结构，可以与电压温度系数一同变更在实用温度带的下限时的截距，因此能够起到能够在实现条件内设定适当的电压温度系数的效果。

在本申请的一些实施方式中，电压下降电路使用2个晶体管(q3、q4)分2个阶段使电压下降。但本申请不限于此，所述电压下降电路可以使用至少两个电压下降用晶体管，分至少两个阶段使电压下降并且增加所述第1输出电压的电压温度系数。

图5是本申请实施例的温度监控电路的另一示意图。如图5所示，温度监控电路具有温度检测电路51、电压下降电路52、以及放大器电路53。温度检测电路51输出随着温度变化而变化的输出电压vout1，电压下降电路52输出变更了输出电压vout1的电压温度系数后的输出电压vout3，放大器电路53输出对输出电压vout3进行放大后的电压vout4。

作为温度监控电路的倾斜度(对应于电压温度系数)改善，使用amp进行放大，防止了电压电平无束缚地向上增加。如图5所示，电压下降电路52可以使用两个以上的阶段使电压下降。例如，从未使用温度范围接近实际使用温度范围时，由于将vout的电压设定得较低，因此可以追加多阶段的电压下降。

另外，由于追加的电压自身也具有温度特性，因此相对于原始的温度监控电路输出温度特性，例如可以追加2mv/℃*n的温度特性倾斜度。通过下降电压的帮助，能够抑制此后的amp增益，因此能够抑制最终得到的温度监控输出电压的波动扩大。通过amp，会形成“原始的温度输出特性波动×amp增益”，波动会成为增益倍数，因此尽可能抑制amp增益具有比较好的效果。

在本申请的一些实施方式中，将实用温度带和输出电平限制范围设定成第2输出电压(vout3)的实现条件，电压下降电路30使第1输出电压(vout1)转换成第2输出电压(vout3)。例如，该第2输出电压(vout3)具有如下输出特性：在实用温度带的下限时，通过从输出电平限制范围的下限到输出电平限制范围+10％以内的范围，

在本申请的一些实施方式中，将实用温度带和输出电平限制范围设定成第3输出电压(vout4)的实现条件，放大器电路20a使所述第2输出电压(vout3)转换成所述第3输出电压(vout4)。例如，所述第3输出电压(vout4)具有如下输出特性：在实用温度带的上限时，通过从输出电平限制范围的上限到输出电平限制范围-10％以内的范围。

根据该结构，能够在实现条件内将电压温度系数设定为较大的值，并且能够抑制放大电路20a的增益，从而能够较大地改善检测温度误差。

由上述实施例可知，可以与电压温度系数一同变更在实用温度带的下限和/或上限时的截距，因此能够起到能够在实现条件内设定适当的电压温度系数的效果。

第二方面的实施例

本申请第二方面的实施例可以与第一方面的实施例结合起来，也可以单独实施，与第一方面的实施例相同的内容不再赘述。

在相关技术中，由于温度特性的倾斜度(对应于电压温度系数)较小，因此检测温度误差较大。此外，由于在低温或常温等未使用温度范围内(实用温度带之外的温度)也对温度进行监控，因此一直在消耗电路电流，并且电压相对于温度的倾斜度有一定界限。另外，还需要保证未使用温度范围内的输出电压。

图6是相关技术中温度和电压、电流的关系的一示例图。如图6所示，在相关技术中，未使用温度范围内也能够输出电压vout，从而在未使用温度范围内存在电路电流的消耗。

在本申请的一些实施方式中，电压下降电路根据实用温度带设定第2输出电压；其中，所述电压下降电路使所述第1输出电压转换成所述第2输出电压，所述第2输出电压具有如下输出特性：对于所述实用温度带之外的温度，所述第2输出电压被设定为零。

在本申请的一些实施方式中，放大器电路根据实用温度带设定第3输出电压；其中，所述放大器电路使所述第2输出电压转换成所述第3输出电压，所述第3输出电压具有如下输出特性：对于所述实用温度带之外的温度，所述第3输出电压被设定为零。

图7是本申请实施例的温度和电压、电流的关系的一示例图。如图7所示，未使用温度范围内不输出电压vout，从而在未使用温度范围内不存在电路电流的消耗。

例如，可以提高实际使用温度范围内的vout的倾斜度，设置在未使用温度范围内不能输出vout的电路。通过设置在未使用温度范围内不能输出vout的电路，能够降低或消除(cut)在温度监控电路中消耗的电路电流。

在本申请的一些实施方式中，温度检测电路根据实用温度带对电压下降电路和/或放大器电路进行控制；其中，所述温度检测电路在检测到所述实用温度带之外的温度的情况下，关闭所述电压下降电路和/或所述放大器电路。

例如，温度检测电路进行未使用温度范围和实际使用温度范围之间的切换，该温度监控电路在实际使用温度范围内对温度输出线性的电压，在处于未使用温度范围的情况下，将温度监控电路的电源关闭(off)。

图8是本申请实施例的温度检测电路和温度监控电路的另一示意图。如图8所示，可以对温度检测电路11的双极(bipolar)性晶体管801的基极(base)电压进行调整，来控制二极管802的导通/截止，对温度监控电路22开启/关闭(on/off)，从而进行检测温度的调整。该温度监控电路22的具体结构例如可以参考附图3、5的电压下降电路和/或放大器电路。

值得注意的是，以上图8仅对本申请实施例的温度监控电路和温度检测电路进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个模块或部件之间的连接关系，此外还可以增加其他的一些模块或部件，或者减少其中的某些模块或部件。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图8的记载。

第三方面的实施例

本申请实施例还提供一种温度监控方法，对应于第一、二方面的实施例所述的温度监控装置。与第一、二方面的实施例相同的内容，在此不再赘述。

图9是本申请实施例的温度监控方法的示意图，如图9所示，所述温度监控方法包括：

步骤901，使用晶体管的基极-发射极间电压并根据温度生成第1输出电压；

步骤902，将所述第1输出电压转换成第2输出电压，所述第2输出电压是使用与所述晶体管相同特性的电压下降用晶体管的基极-发射极间电压，使所述第1输出电压的电压下降并且增加所述第1输出电压的电压温度系数后得到的；以及

步骤903，将所述第2输出电压转换成第3输出电压，所述第3输出电压是使所述第2输出电压增大并且增加所述第2输出电压的电压温度系数后得到的。

值得注意的是，以上图9仅对本申请实施例进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个操作之间的执行顺序，此外还可以增加其他的一些操作，或者减少其中的某些操作。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图9的记载。

本申请以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本申请涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本申请还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、dvd、flash存储器等。

结合本申请实施例描述的方法/装置可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或二者组合。例如，图中所示的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，既可以对应于计算机程序流程的各个软件模块，亦可以对应于各个硬件模块。这些软件模块，可以分别对应于图中所示的各个步骤。这些硬件模块例如可利用现场可编程门阵列(fpga)将这些软件模块固化而实现。

软件模块可以位于ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、cd-rom或者本领域已知的任何其它形式的存储介质。可以将一种存储介质耦接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息；或者该存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于asic中。该软件模块可以存储在移动终端的存储器中，也可以存储在可插入移动终端的存储卡中。例如，若设备(如移动终端)采用的是较大容量的mega-sim卡或者大容量的闪存装置，则该软件模块可存储在该mega-sim卡或者大容量的闪存装置中。

针对附图中描述的功能方框中的一个或多个和/或功能方框的一个或多个组合，可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。针对附图描述的功能方框中的一个或多个和/或功能方框的一个或多个组合，还可以实现为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、与dsp通信结合的一个或多个微处理器或者任何其它这种配置。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。