专利名称：电流模式温度侦测电路的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种电流模式温度侦测电路及方法，尤指一种适用于计算电流流量以进行温度侦测的电路及方法。
背景技术：
电子装置运作时，因消耗能量而产生热能，如果热能未能及时排除，则电子装置可能因为过热而产生无法预期的错误，故使用温度侦测电路并配合热敏电阻的运作，以监视电子装置的表面温度，如果电子装置的表面温度过高，则温度侦测电路将驱动风扇或散热器的运作，以降低电子装置的表面温度。由于公知温度侦测电路系侦测热敏电阻因温度变化而造成电压的变化，以判断电子装置的表面温度，然而此方法所量测出的温度较不精准，无法满足使用者对温度侦测的需求。
由于晶体管的射极与基极之间为一PN介面，因此，其射极电流IE与基射电压VBE(基极与射极的电压差)之间具有下列方程式的关系IE≅Is×eVBEVT···(1)]]>其中，VT又可以表示成下列方程式VT=KTq···(2)]]>当中，T为待测物表面的绝对温度(单位为°K)，如果以摄氏温度表示时，则将绝对温度加上273后，所得即为待测物表面的摄氏温度(单位为℃)。为了消除不必要的参数，故量测二个具有倍数差的射极电流IE，故能取得ΔVBE的值，再依据下列方程式计算ΔVBE=η×KTq×lnIE2IE1···(3)]]>由于方程式(3)中ΔVBE、η(理想参数)、q(单位电子的电量)、K(波次曼常数)、及射极电流IE1与射极电流IE2的比例为已知，故能得知待测物表面的绝对温度。
由方程式(1)、(2)、及(3)中可得知，如果能量测基射电压ΔVBE的值时，即能间接得知待测物的温度。公知温度侦测电路中亦有利用电流流量，流经晶体管后以取得待测物的温度，如美国专利第5,982,221号，专利名称“Switched current temperature sensor circit with compounded ΔVBE”，如图1所示，其使用一放大器以放大正/负输入端的电压差，而输出放大的ΔVBE，再由方程式(3)即能得知待测物的温度。由于公知是间接由放大器(模拟)2倍压，以取得2n倍的ΔVBE，但因切换式电路的开关杂讯会造成2n×ΔVBE有所偏差而较不精确，这将无法满足使用者对温度精确控制上的需求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电流模式温度侦测电路，能由量测电流的变化而有效地取得待测物的温度。
为实现上述目的，本发明提供的电流模式温度侦测电路，其包括一第一电流源，用以提供一倍数电流；一第二电流源，用以提供一单位电流，该倍数电流的大小为该单位电流的一倍数；一多工器，依据一第一切换讯号而输出该倍数电流或该单位电流；一感应器，用以输入该倍数电流以提供一第一电压或输入该单位电流以提供一第二电压；一切换放大器，用以依据该第一切换讯号而放大该第一电压及一基础电压的电压差或放大该基础电压及该第二电压的电压差，并输出一输出电压；一第一取样电路，用以调整该基础电压的电压准位，使该输出电压的电压准位能近似一参考电压；以及一第二取样电路，用以依据一第二切换讯号以量化该输出电压，并将至少一量化结果储存至一储存器。
其中当该第一切换讯号为第一电压准位时，该多工器输出该倍数电流，且该切换放大器放大该第一电压及该基础电压的电压差以输出该输出电压，当该第一切换讯号为第二电压准位时，该多工器输出该单位电流，且该切换放大器放大该基础电压及该第二电压的电压差以输出该输出电压。
其中该第一取样电路包括一比较器、一控制器、及一数字-模拟转换器。
其中该比较器用以比较该输出电压与该参考电压的大小，并输出一比较输出讯号至该控制器，该控制器依据该比较输出讯号以控制该数字-模拟转换器所输出的该基础电压的电压准位。
其中该第二取样电路包括一比较器、一控制器、及一数字-模拟转换器。
其中当该第二切换讯号为第一电压准位时，该比较器比较该输出电压及一比较电压的电压差以输出一第二比较讯号至该控制器，该控制器依据该第二比较输出讯号以控制该数字一模拟转换器所输出的该基础电压的电压准位；当该第一切换讯号为第二电压准位时，该比较器比较该比较电压及该输出电压的电压差以输出该第二比较讯号至该控制器，该控制器依据该第二比较输出讯号以控制该数字-模拟转换器所输出的该基础电压的电压准位。
其中该控制器依据该第二比较讯号而量化该输出电压，并将该至少一量化结果储存至一储存器。
其中该数字-模拟转换器为逐次渐近暂存器(SuccessiveApproximation Register，SAR)型的模拟转换器。
其中依据该至少一量化结果可得ΔVBE，再依据下列方程式ΔVBE=η×KTq×lnIE2IE1]]>而量测出待测物的绝对温度，其中，η为理想参数，q为单位电子的电量，K为波次曼常数、IE2为该倍数电流，IE1为该单位电流。
其中该感应器为一二极管或一晶体管。
图1为公知温度侦测电路的示意图。
图2为本发明电流模式温度侦测电路的示意图。
图3为切换放大器的示意图。
具体实施例方式
为能更了解本发明的技术内容，特举一较佳具体实施例说明如下。
依据上述方程式(1)、(2)、及(3)，如图2所示，电流模式温度侦测电路20可用以量测晶体管10的基射电压ΔVBE，如此一来，即能得知待测物的温度。当然，此时晶体管10需放置于待测物的表面、底面、或内建于待测物中，较佳是内建于待测物中。另外，晶体管10亦可被二极管(thermal diode)所取代，此时，方程式(1)与(2)中的基射电压VBE需以二极管的压降(VD)取代。
本发明电流模式温度侦测电路20包括下列元件一第一电流源22、一第二电流源24、一多工器26、一切换放大器(switch amplifier)28、一第一取样电路30(包括一比较器32、一控制器34、及一数字-模拟转换器36)、第二取样电路40(包括一比较器42、一控制器44、及一数字-模拟转换器46)、及一储存器50。其中，第一电流源22与第二电流源24所提供的电流量相差N倍，例如第一电流源22提供100μA(10*I)的电流量，第二电流源24提供10μA(I)的电流量。切换放大器28的放大倍数为A。数字-模拟转换器36及数字-模拟转换器46较佳为逐次渐近型暂存器(Successive Approximation Register，SAR)的模拟转换器，假设其工作电压为1.6伏特，如此一来，其预设输出电压可为0.8伏特，即基础电压VBASE的初始值可为0.8伏特。如图3所示，切换放大器28(或切换放大器36)内部组设有一多工器281及一放大器282，如此一来，即能依切换讯号的电压准位而改变输入讯号的输入路径。例如，当切换讯号为低电压准位时，多工器281为去能，正输入端所输入的讯号是输出放大器282的正输入端，负输入端所输入的讯号是输出放大器282的负输入端；当切换讯号为高电压准位时，多工器281为致能，正输入端所输入的讯号是输出放大器282的负输入端，负输入端所输入的讯号是输出放大器282的正输入端。
首先，令参考电压VREF为一固定值，假设为1.6伏特，并令第一切换讯号ISW为低电压准位，使第一电流源22所提供的电流量100μA可流入晶体管10，使晶体管10的基极与射极间产生第一基射电压VBE1，并提供第一基射电压VBE1至切换放大器28正输入端。假设基射电压VBE1为0.625伏特，因为基础电压VBASE为0.8伏特，所以切换放大器28的输出电压VO1为-5伏特(极值)，并将输出电压VO1输出至第一取样电路30，再由第一取样电路30调整基础电压VBASE的电压准位，使输出电压VO1的电压准位能逼近参考电压VREF的电压准位。
第一取样电路30的运作如下所述。由于基射电压VBE1的电压低于基础电压VBASE，所以比较器32输出低准位的比较输出讯号CMP1至控制器34，控制器34依据比较输出讯号CMP1的准位而控制数字-模拟转换器36的运作，使其输出不同电压准位的基础电压VBASE。数字-模拟转换器36，其可为逐次渐近暂存器(Successive Approximation Register，SAR)型或其他类型的模拟转换器，并配合比较器32及控制器34的运作而具有二元搜索树(binary search tree)的功能，并经过数次回圈(较佳为10次)比较后，即能得到适当的基础电压VBASE，并使下列方程式成立[(VBE1-VOS1)-VBASE]×A≅VREF···(4)]]>偏移电压VOS1为切换放大器28所具有的偏移电压。此10次回圈的结果如下表所示
因此，于第10次回圈时，基础电压VBASE为0.5890625，此时方程式(4)的计算结果为1.6171875伏特，接近参考电压VREF。经10次回圈后，控制器34停止对数字-模拟转换器36的控制，使基础电压VBASE的电压准位保持不变，使输出电压VO1的电压准位亦保持不变。由上述中可知，第一取样电路30可使输出电压VO1的电压准位能逼近参考电压VREF的电压准位。
当输出电压VO1的电压准位保持不变后，再由第二取样电路40量化(数字化)输出电压VO1的电压准位。其中，第二取样电路40的运作与第一取样电路30的运作相似，第二比较器42、第二控制器44、及第二数字一模拟转换器46的组合亦具有二元搜索树(binary search tree)的功能，故能量化输出电压VO1所对应的电压值。首先，令第二切换讯号CSW为低电压准位，经过数次回圈比较后，第二控制器44依据第二比较器42的比较输出讯号CMP2而控制第二数字-模拟转换器46的运作，使第二数字-模拟转换器46的输出电压VO2的电压准位将可逐渐逼近输出电压VO1的电压准位，即能得到输出电压VO1所对应的第一电压值DVO1(假设为1.60伏特)，并将第一电压值储存至储存器50。由于第二比较器42具有偏移电压VOS2，所以第一电压值DVO1可由下列方程式表示DVO1＝[(VBE1-VOS1)-VBASE]×A-VOS2(5)之后，令第二切换讯号CSW为高电压准位，经过数次回圈比较后，即能得到输出电压VO1所对应的第二电压值DVO2(假设为1.62伏特)，并将第二电压值储存至储存器50。第二电压值DVO2可由下列方程式表示DVO2＝[(VBE1-VOS1)-VBASE]×A+VOS2(6)当完成第一基射电压VBE1的量测后，令第一切换讯号ISW为高电压准位，使第二电流源24所提供的电流量10μA可流入晶体管10，以使晶体管10产生第二基射电压VBE2；并致能多工器281，以改变输入讯号的输入路径，以进行第二基射电压VBE2的量测。假设基射电压VBE2为0.57伏特，并输入至放大器282的负输入端，而基础电压VBASE为0.5890625伏特(保持不变)，并输入至放大器282的正输入端，故切换放大器28的输出电压VO1经A倍放大后假设为0.8578125伏特，接着，由第二取样电路40进行上述量化处理后。首先，令第二切换讯号CSW为低电压准位，经过数次回圈比较后，即能得到输出电压VO1所对应的第三电压值DVO3(假设为0.8伏特)，并储存至储存器50。第三电压值DVO3可由下列方程式表示DVO3＝[(VBASE+VOS1)-VBE2]×A-VOS2(7)然后，令第二切换讯号CSW为高电压准位，经过数次回圈比较后，即能得到输出电压VO1所对应的第四电压值DVO4(假设为0.9伏特)，并储存至储存器50。第四电压值DVO4可由下列方程式表示DVO4＝[(VBASE+VOS1)-VBE2]×A+VOS2(8)最后，将方程式(5)、(6)、(7)、及(8)相加，即可得到2*A*ΔVBE的结果，再将此结果除以2A，就能得知ΔVBE的值，再由方程式(3)即能得知待测物的绝对温度。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种电流模式温度侦测电路，包括一第一电流源，用以提供一倍数电流；一第二电流源，用以提供一单位电流，该倍数电流的大小为该单位电流的一倍数；一多工器，依据一第一切换讯号而输出该倍数电流或该单位电流；一感应器，用以输入该倍数电流以提供一第一电压或输入该单位电流以提供一第二电压；一切换放大器，用以依据该第一切换讯号而放大该第一电压及一基础电压的电压差或放大该基础电压及该第二电压的电压差，并输出一输出电压；一第一取样电路，用以调整该基础电压的电压准位，使该输出电压的电压准位能近似一参考电压；以及一第二取样电路，用以依据一第二切换讯号以量化该输出电压，并将至少一量化结果储存至一储存器。
2.如权利要求1所述的电流模式温度侦测电路，其特征在于，其中当该第一切换讯号为第一电压准位时，该多工器输出该倍数电流，且该切换放大器放大该第一电压及该基础电压的电压差以输出该输出电压，当该第一切换讯号为第二电压准位时，该多工器输出该单位电流，且该切换放大器放大该基础电压及该第二电压的电压差以输出该输出电压。
3.如权利要求2所述的电流模式温度侦测电路，其特征在于，其中该第一取样电路包括一比较器、一控制器、及一数字-模拟转换器。
4.如权利要求3所述的电流模式温度侦测电路，其特征在于，其中该比较器用以比较该输出电压与该参考电压的大小，并输出一比较输出讯号至该控制器，该控制器依据该比较输出讯号以控制该数字-模拟转换器所输出的该基础电压的电压准位。
5.如权利要求1所述的电流模式温度侦测电路，其特征在于，其中该第二取样电路包括一比较器、一控制器、及一数字-模拟转换器。
6.如权利要求5所述的电流模式温度侦测电路，其特征在于，其中当该第二切换讯号为第一电压准位时，该比较器比较该输出电压及一比较电压的电压差以输出一第二比较讯号至该控制器，该控制器依据该第二比较输出讯号以控制该数字－模拟转换器所输出的该基础电压的电压准位；当该第一切换讯号为第二电压准位时，该比较器比较该比较电压及该输出电压的电压差以输出该第二比较讯号至该控制器，该控制器依据该第二比较输出讯号以控制该数字－模拟转换器所输出的该基础电压的电压准位。
7.如权利要求6所述的电流模式温度侦测电路，其特征在于，其中该控制器依据该第二比较讯号而量化该输出电压，并将该至少一量化结果储存至一储存器。
8.如权利要求5所述的电流模式温度侦测电路，其特征在于，其中该数字－模拟转换器为逐次渐近暂存器型的模拟转换器。
9.如权利要求1所述的电流模式温度侦测电路，其特征在于，其中依据该至少一量化结果可得ΔVBE，再依据下列方程式ΔVBE=η×KTq×lnIE2IE1]]>而量测出待测物的绝对温度，其中，η为理想参数，q为单位电子的电量，K为波次曼常数、IE2为该倍数电流，IE1为该单位电流。
10.如权利要求1所述的电流模式温度侦测电路，其特征在于，其中该感应器为一二极管或一晶体管。
全文摘要
本发明是有关于一种电流模式温度侦测电路，其包括二电流源以提供二个大小不同的电流，并使上述电流分别流过晶体管的PN介面，以分别产生大小不同的基射电压，并将此基射电压与基础电压的电压差放大以产生输出电压，由第一取样电路可调整基础电压的电压准位，使输出电压的电压准位能近似参考电压，再由第二取样电路量化此输出电压，并将结果储存至储存器，因此，可依据此大小不同的基射电压而量测出待测物的绝对温度。
文档编号G01K7/01GK1841031SQ20051006272
公开日2006年10月4日 申请日期2005年3月28日 优先权日2005年3月28日
发明者黄德熏, 黄士峰, 黄俊淦 申请人:精拓科技股份有限公司