专利名称：适用于低电压运作的温度感应电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种半导体的集成电路，特别涉及的是一种含有温度门坎 控制单元的温度感应电路。
背景技术：
随着电子产品效能不断地推陈出新，愈来愈多的功能被互相整合到各类电
子用品中，如手机与相机与MP3播放器或手提电脑与还多种多媒体的整合。然 而在各项功能的整合上，为了满足不同功能的支持，愈来愈多的芯片组需要被 置入在电子用品中，同时随着芯片组如CPU的频率也不断提高还代表着更多的 热产生。由于若是电子用品的系统温度过高，不但容易造成数据的流失以及系 统的不稳定，严重的话甚至会导致芯片的烧毁。由于外接的温度感测组件不但 会增加产品的生产成本，精准度还无法确实的掌握，因此通过于IC本身添加温 度感应电路是目前电子产品最普遍使用的方法，其具有精确度高、响应速度快、 体积小、功率消耗小、软件接口控制使用方便等优点。
温度感应电路一般可让使用者设定运转的温度范围，只要超过这个范围则 自动执行降温的方法或直接将IC停止运作。目前一般温度感测的主要机制为IC 温度感应器内部的电流源与模拟数字转换器，IC温度感应器的动作原理是利用
度。然而目前所有的温度感应电路大多需要额外添加一个运算放大器 (Operational Amplifier)以及带隙基准电压源，不但会提高设计上的成本，也不适 合套用在低电压的电路上。目前一般的温度感应电路本身没有门坎控制功能， 温度感应电路与门坎控制电路都由各自独立的电路来实现，再相互串接，不但 造成设计者在设计上的不便，还容易提高生产成本。
为了解决上述问题，本发明提出一种适用于低电压运作的温度感应电路， 不但包含温度门坎控制单元以便电路过温时的警告信号能一直启动直到温度降 到 一定值，同时不需使用运行放大器与带隙基准电压源以达制造成本的节省。
发明内容
本发明的主要目的是在提供一种温度感应电路，特别是一种由温度感应单 元、温度门坎控制单元以及跨导放大器所组成的温度感应电路，其中温度门坎 控制单元直接控制温度感应单元的状态。本发明不但能检测电路的温度，也能 让过温时的警告信号能一直启动直到温度降到一定值，同时通过跨导放大器能 让本发明适用在低电压运作。
其中温度感应单元，具有通过电压来感应电路温度的功能，包含一第一
PMOS晶体管，其栅极和漏极连接一输出电流，而源极则是连接一 Vdd电压、 一第二 PMOS晶体管，其栅极也连接所述的输出电流端，源极也获取所述的Vdd 电压、 一第三PMOS晶体管，其栅极也连接所述的输出电流端，源极也获取所 述的Vdd电压而漏极则连接一电阻，其中所述的电阻的另一端接地以及一 PNP 双极晶体管，其射极连接所述的第二PMOS晶体管的漏极而基极和集极则双双 接地。温度门坎控制单元，提供温度感应单元在检测到过温时，过温警告信号 能一直启动直到温度降到一定值包含一第四PMOS晶体管，其栅极连接所述的 输出电流端，源极获取所述的Vdd电压、 一第一 NMOS晶体管，其栅极和漏极 接在一起并与所迷的第四PMOS晶体管的漏极搭接，而源极则是接地、 一第二 NMOS晶体管，其栅极与所述的第一NMOS晶体管的栅极相接，源极则是接地， 以及一第三NMOS晶体管，其漏极连接所述的PNP双极晶体管的射极，其源极 则连接所述的第二NMOS晶体管的漏极。跨导放大器，主要提供电压比较的功 能，但能使整个温度感应电路能适用在低电压运作，包含一第五PMOS晶体管， 其源极获取所述的Vdd电压，栅极连接所述的输出电流端、 一第六PMOS晶体 管，其源极也获取所述的Vdd电压，而栅极也连接所述的输出电流端，漏极则 输出一警告信号、 一第七PMOS晶体管，其源极连接所述的第五PMOS晶体管 的漏极，栅极连接所述的第三PMOS晶体管的漏极、 一第八PMOS晶体管，其 源极连接所述的第七PMOS晶体管的源极，4册极连接所述的PNP双极晶体管的 射极、 一第四NMOS晶体管，其漏极与栅极相接并连接所述的第七PMOS晶体 管的漏极，其源极则接地、 一第五NMOS晶体管，其漏极连接所述的第八PMOS 晶体管的漏极，其栅极则接到所述的第四NMOS晶体管的栅极，而源极则是接 地、 一第六NMOS晶体管，其漏极连接所述的警告信号，栅极连接所述的第五 NMOS晶体管的漏极，而源极也同样是接地以及一非门，其输入端连接所述的
6警告信号，而输出端则连接所述的第三NMOS晶体管的栅极。
图1为本发明适用于低电压运作的温度感应电路的电路示意图4为本发明适用于低电压运作的温度感应电路的测试模拟结果示意图。 附图标记说明l-PMOS晶体管；ll-NMOS晶体管；2-PMOS晶体管； 12-NMOS晶体管；3-PMOS晶体管；13-NMOS晶体管；4-PMOS晶体管；14-NMOS
曰曰
体
芬'
-PMOS晶体管；15-NMOS晶体管；6-PMOS晶体管；16-NMOS晶体
管；7-PMOS晶体管；17-电阻；8-PMOS晶体管；18-温度感应单元；9-双极晶 体管；19-温度门坎控制单元；lO-非门；20-跨导放大器。
具体实施例方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明公开了一种温度感应电路，特别是一种不但能检测电路的温度，也 能让过温时的警告信号能一直启动直到温度降到一定值，同时适用在低电压运 作的温度感应电路。
图1为本发明的电路示意图，是本发明较佳实施例之一，主要是由温度感 应单元18、温度门坎控制单元19以及跨导》丈大器20所构成。温度感应单元主 要具有通过电压来反应电路温度的功能，其架构如图2所示由下列组件所组成 PMOS晶体管1 ，其栅极和漏极连接一输出电流，而源极则是连接一 Vdd电压、 PMOS晶体管2,其栅极也连接所述的输出电流端，源极也获取所述的Vdd电 压、PMOS晶体管3，其栅极也连接所述的输出电流端，源极也获取所述的Vdd 电压而漏才及则连接一电阻17(Rnw)，其中所述的电阻的另一端接地以及一 PNP 双极晶体管9,其射极连接PMOS晶体管2的漏极而基极和集极则双双接地。
温度门坎控制单元19主要是在提供温度感应单元18在检测到过温时，所 发出的警告信号能一直启动直到温度降到一定值，而其架构主要包含PMOS 晶体管4,其栅极连接所述的输出电流端，源极获取所述的Vdd电压、NMOS 晶体管11，其栅极和漏极接在一起并与PMOS晶体管4的漏极搭接，而源极则是接地、NMOS晶体管12,其栅极与NMOS晶体管11相接，源极接地以及NMOS 晶体管13，其漏极接到PNP双极晶体管9的射极(Emitter)，其源极则连接NMOS 晶体管12的漏极。
跨导放大器20主要提供电压比较的功能，但能使整个温度感应电路能适用 在低电压运作，因为这种跨导放大器20能运转在非常低的供给电压，因此不同 在传统的比较器结构。如图3所示，跨导放大器20是由下列组件所组成PMOS 晶体管5，其源极获取所述的Vdd电压，栅极连接所述的输出电流端、PMOS 晶体管6,其源极也获取所述的Vdd电压，而栅极也连接所述的输出电流端， 漏极则输出一警告信号、PM0S晶体管7，其源极连接PMOS晶体管5的漏极， 栅极连接PMOS晶体管3的漏极、PMOS晶体管8,其源极连接PMOS晶体管7 的源极，栅极连接PNP双极晶体管9的射极、NMOS晶体管14，其漏极及其栅 极相接并连接PMOS晶体管7的漏极，其源极则接地、NMOS晶体管15,其漏 极连接PMOS晶体管8的漏极，其栅极与NMOS晶体管14的栅极相接，而源 极则是接地、NMOS晶体管16,其漏极连接所述的警告信号，栅极连接NMOS 晶体管15的漏极，而源极也同样是接地以及一非门10,其输入端连接所述的警
告信号，而输出端则连接NMOS晶体管13的栅极。
再次回到图2， Vbe为PNP双极晶体管9的射极电压。而Vbe与温度的变 卿e
化()可以方程式一来表示
<formula>formula see original document page 8</formula>
通过此方程式可以计算出在温度为-20。C到180。C之间，i大约是 -2mv/°C 。
Rnw为N井电阻，其具有正温度系数，其电阻与温度的关系可通过方程式 二来表示
<formula>formula see original document page 8</formula>(二) 其中^大约等于5m，而^大约等于15/"。
由于<formula>formula see original document page 8</formula>三) 将方程式三的两边微分后可得方程式四，
(四)如果保护温度设定在150度，经由计算i大约是2mv/。C。当结合"^F以 ,e 卿e， 飾w ，,。"
及sr两个函数后，由于<formula>formula see original document page 9</formula>,而<formula>formula see original document page 9</formula> ,因此相减后可以
得到<formula>formula see original document page 9</formula> 。由此可见，每一度c的电压改变大约为4毫伏，是
个能让一般的放大器轻易侦测到每一度c变化的数值。此数值的另一项优点是
能让温度感应单元18在非常低的供应电压(大约l.O伏)下运作。
如果选择适当的Rnw值则可在低温的时候，Vbe的电压可高在Vnw，而跨 导放大器20的输出是处在高电压状态，此时反匣(inverter)的输出为低电压状态， 而将开关NMOS晶体管13关闭。当温度逐渐升高时，Vbe会以2毫伏/。C的速 率下降，而Vnw则会以2毫伏/。C的速率上升。在本发明的较佳实施例之一， 若将警告温度预设如150°C,则当温度超过150。C时，Vbe会等于或小于Vnw， 届时跨导放大器20的输出会切换到低电压，开关NMOS晶体管13则在这个时 候被反匣10打开。由于PMOS晶体管4经由NMOS晶体管11提供一电流镜的 电流给NMOS晶体管12,此电流流经开关NMOS晶体管13而与双极晶体管9 分享了 PM0S晶体管2所提供的电流的一部份。如此一来当警告信号由高电压 状态转为低电压状态时，Vbe会突然下降至一较低电压而提高PMOS晶体管8 的导通状态，从而提高NMOS晶体管16的导通状态以维持一个低电压状态的警 告信号，以及跨导放大器20的输出会保持在低电压。因为Vbe电压是双极晶体 管9集极电流(collectorcurrent)的一个逆对数功能(anti-log function),因此双极晶 体管9的Vbe电压并不会降低太多纵使与NMOS晶体管12所分享的电流量有 所改变。因此当NMOS晶体管12分享的电流在不同的供电电压下，这个特性提 供了一个稳定的Vbe压降。当温度逐渐降低时，Vnw会以2毫伏/。C的速率下降， 而Vbe则会以2毫伏/。C的速率上升。附带一提由于NMOS晶体管12分享了电 流，所以Vbe将从较低的Vbe电压增加。温度必须降到一定度数来补偿电流分 享所导致的压降。
当温度降低到一定的度数时，Vbe会大于或等于Vnw，跨导放大器20的输 出会切换到高电压，此时NMOS晶体管13会被非门10所关闭。当NMOS晶体 管13关闭后，NMOS晶体管12将不再与双极晶体管9分享电流，因此Vbe的 值会突然上升，而上升的值则大约等于之前所下降的值。所以如果温度再度上 升时，上升温度所产生的电压变化必须要能克服Vbe突然上升的值。此种控制 方式在温度感应电路里头建立了温度门坎的控制。图4为本发明的测试模拟结果示意图，其中两条线分别为Vbe与Vnw(Vbe 的^F率为-2毫伏/。C,而Vnw的斜率为2毫伏/。C)。 Vbe的跳跃电压大约是在 75毫伏，温度门坎控制大约设定在20。C的范围，而警告信号则会在150。C触发。 此图中可看到，在低温状态时，Vbe的电压高在Vnw电压。但随着温度的升高， Vbe的电压会持续下降而Vnw的电压则会持续上升。到150。C左右，Vbe小于 或等于Vnw,此时警告信号会从高电压状态切到低电压状态，经过非门10, NMOS晶体管13将被打开而NMOS晶体管12将分享原来流经双极晶体管9的 电流而4吏Vbe突然下降。当温度逐渐降低时，Vnw的电压会开始下降，而Vbe 的电压则会以同样的速率回升。由于分享电流的关系，所以当Vbe将从较低的 Vbe电压增加，温度必须降到一定度数来补偿电流分享所导致的压降。当温度 降低到一定的度数如130。C时，Vbe会大于或等于Vnw,而警告信号会从低电 压状态切到高电压状态，经过非门10, NMOS晶体管13将被关闭，由于NMOS 晶体管12不再与双极晶体管9分享电流，因此Vbe的值在130。C这里会突然上 升。若以图l来说，当温度未超过150。C时，由于没有警告信号，因此节点A 为高电压状态，B则为低电压状态，而NMOS晶体管13的开关为关闭状态；当 温度超过150。C时，警告信号的产生让节点A转换成低电压状态以及B变成高 电压状态，同时NMOS晶体管13的开关被打开以分享部分流经双极晶体管9 的电流。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非 限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可 对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1、一种适用于低电压运作的温度感应电路，其特征在于包含一温度感应单元，其包括复数个PMOS晶体管和PNP双极晶体管，用以连接到欲侦测电路的一输出电流端以及获取一Vdd电压，通过电压来感应电路温度；一温度门坎控制单元，其包括至少一PMOS晶体管与复数个NMOS晶体管，用以提供所述的温度感应单元在检测到过温时，确保过温警告信号一直启动直到温度降到一定值；以及一跨导放大器，其包括复数个PMOS与NMOS晶体管和一非门，用以提供电压比较，使温度感应电路能适用于低电压运作。
2、 根据权利要求1所述的适用于低电压运作的温度感应电路，其特征在于 所述的温度感应单元包括 一第一PMOS晶体管、 一第二PMOS晶体管、 一第 三PMOS晶体管、 一正温度系凄丈电阻以及一 PNP双才及晶体管。
3、 根据权利要求2所述的适用于低电压运作的温度感应电路，其特征在于 所述的第一 PMOS晶体管栅极和漏极连接一输出电流端，而源极则是获取一 Vdd 电压；所述的第二 PMOS晶体管栅极也连接所述的输出电流端，源极也获取所述 的Vdd电压；所述的第三PMOS晶体管栅极也连接所述的输出电流端，源极也获取所述 的Vdd电压，而漏极则通过所述的正温度系数电阻4妄地;所述的PNP双极晶体管射极则连接所述的第二 PMOS晶体管的漏极而基极 和集极则双双接地，同时所述的PNP双极晶体管的射极所接收的电压为一双极 晶体管射极电压。
4、 根据权利要求1所述的适用于低电压运作的温度感应电路，其特征在于 所述的温度门坎控制单元包括 一第四PMOS晶体管、 一第一NMOS晶体管、 一第二NMOS晶体管以及一第三NMOS晶体管。
5、 根据权利要求4所述的适用于低电压运作的温度感应电路，其特征在于 所述的第四PMOS晶体管栅极连接所述的输出电流端，源极获取所述的Vdd电 压；所述的第一 NMOS晶体管4册极和漏极接在一起，并与所述的第四PMOS晶体管的漏极搭接，而源极则是接地；所述的第二 NMOS晶体管栅极与所述的第一 NMOS晶体管的栅极相接，源 极也是接地；所述的第三NMOS晶体管漏极连接所述的PNP双极晶体管的射极，其源极 则连接所述的第二 NMOS晶体管的漏极。
6、 根据权利要求1所述的适用于低电压运作的温度感应电路，其特征在于 所述的跨导放大器包括 一第五PMOS晶体管、 一第六PMOS晶体管、 一第七 PMOS晶体管、 一第八PMOS晶体管、 一第四NMOS晶体管、 一第五NMOS 晶体管、 一第六NMOS晶体管以及一非门。
7、 根据权利要求6所述的适用于低电压运作的温度感应电路，其特征在于 所述的第五PMOS晶体管源极获取所述的Vdd电压，栅极连接所述的输出电流 端；所述的第六PMOS晶体管源极获取所述的Vdd电压，而栅极也连接所述的 输出电流端，漏极则输出一警告信号；所述的第七PMOS晶体管源极连接所述的第五PMOS晶体管的漏极，栅极 连"^秦所述的第三PMOS晶体管的漏极；所述的第八PMOS晶体管源极连接所述的第七PMOS晶体管的源极，栅极 连接所述的PNP双极晶体管的射极；所述的第四NMOS晶体管漏极及其栅极相接并连接所述的第七PMOS晶体 管的漏极，其源极则接地；所述的第五NMOS晶体管漏极连接所述的第八PMOS晶体管的漏极，其栅 极与所述的第四NMOS晶体管的栅极相接，而源极则是接地；所述的第六NMOS晶体管漏极获取所述的警告信号，栅极连接所述的第五 NMOS晶体管的漏极，而源极也同样是接地。
8、 根据权利要求1所述的适用于低电压运作的温度感应电路，其特征在于 所述的非门输入端获取所述的警告信号，而输出端则连接所述的第三NMOS晶 体管的栅极。
9、 根据权利要求7所述的适用于低电压运作的温度感应电路，其特征在于 所述的第四PMOS晶体管经由所述的第一 NMOS晶体管，提供一 电流镜的电流 给所述的第二 NMOS晶体管，而所述的第三NMOS晶体管则为所述的电流镜的 开关，负责控制所述的电流镜。
10、根据权利要求7所述的适用于低电压运作的温度感应电路，其特征在 于所述的第三NMOS晶体管开启时，所述的第二NMOS晶体管与双极晶体管 会分享电流，若所述的第三NMOS晶体管关闭时，所述的第二NMOS晶体管与 双极晶体管则会停止分享电流。
全文摘要
本发明为一种适用于低电压运作的温度感应电路，主要包含温度感应单元、温度门坎控制单元以及跨导放大器。温度感应单元是由PMOS晶体管以及双极晶体管所组成，具有通过电压来感应电路温度的功能；温度门坎控制单元是由NMOS与PMOS晶体管所组成，主要是提供温度感应单元在检测到过温时，过温警告信号能一直启动直到温度降到一定值；跨导放大器也是由NMOS与PMOS所组成。主要提供本发明的温度感应电路适用在低电压运作的电路。此外本发明的电路架构不需使用任何运行放大器与带隙基准参考电压源便能实现，因此同时可以达到制造成本的节省。
文档编号G01K7/01GK101586987SQ20081009823
公开日2009年11月25日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者戴枝德 申请人:震一科技股份有限公司