专利名称：温度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度测量装置，更具体地，涉及可以包含有IC或M0S晶体管的温度测量装置。
背景技术：
下面将参考附图描述背景技术的温度测量装置的配置和操作。 图1示出了背景技术的温度测量装置的框图，其设置有温度传感器10和
Sigma-Delta(西格玛-德尔塔)转换器12。 具有CM0S晶体管的背景技术的温度测量装置中的温度传感器IO通过使用特定的装置生成与温度成比例的电压。然而，设置有温度传感器10的温度测量装置存在这样的问题由于另外所需的CMOS工艺使得其生产成本变的较高。Sigma-Delta转换器、ADC(模拟数字转换器)可以用SAR(逐次逼近寄存器)型或双斜率转换器来代替。
图1中的背景技术的温度测量装置消耗较多的电能，并且占用较大的电路面积，使得配备背景技术的温度测量装置作为SOC(片上系统)很困难。 图2示出了另一背景技术的温度测量装置的框图，其设置有第一振荡器20和第二振荡器22以及频率电压转换器24。 第一振荡器20根据温度进行灵敏振荡，第二振荡器22根据温度进行非灵敏振荡。因此，频率电压转换器24转换并传送第一振荡器20和第二振荡器22的振荡频率差。因此，图2中的温度测量装置通过使用随温度而改变的振荡频率的差来测量温度。然而，由于第一振荡器20和第二振荡器22的MOS晶体管的迁移率(mobility)取决于温度，而不能区分根据温度所确定的两个频率，所以图2中的背景技术的温度测量装置不能提供精确的温度。
发明内容
因此，本发明致力于一种温度测量装置。 本发明的目的是提供一种温度测量装置，其能够进行精确的温度测量，并且在数字CMOS工艺中占用较小的面积。 在下面的描述中将部分地阐述本公开的其它优点、目的以及特性，并且根据分析下述内容或者可以从本发明的实施中得到教导，本发明的一部分对本领域的技术人员来说将变得显而易见。本发明的目的和其他优点可以由在其所写的说明书和权利要求以及附图中所具体指出的结构来实现和获得。 为了实现这些目地和其它优点并且根据本发明的目的，如本文所体现和广泛描述的，温度测量装置包括IPTAT发生器，用于生成IPTAT，该IPTAT用于生成带隙参考电压；以及电压传送器，用于生成与镜像电流(是IPTAT的电流的镜像)相对应的模拟温度电压。
应当理解，本发明的前文的一般描述以及下文的详细描述都是示例性的和解释性的，并且旨在提供对本发明的权利要求的进一步解释。
附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起用于解释本公开的原理，所包括的这些附图用于提供本公开的进一步理解，并且结合在本申请中并构成该申请的一部分。在附图中 图1示出了背景技术的温度测量装置的框图。
图2示出了另一背景技术的温度测量装置的框图。
图3示意性地示出了根据本发明的优选实施例的温度测量装置的框图。
图4示出了根据本发明的优选实施例的IPTAT发生器和电压传送器的电路图。
图5示出了根据本发明的优选实施例的ADC的框图。
图6示出了根据本发明的优选实施例的DAC的电路图。
图7示出了根据本发明的优选实施例的比较器的电路图。
具体实施例方式
现在将详细参考本发明的具体实施例，在附图中示出了本发明的实例。在任何可
能的情况下，将在所有图中使用的相同的参考标号表示相同或类似的部件。 图3示意性地示出了根据本发明的优选实施例的温度测量装置的框图，该装置
包括IPTAT (与绝对温度成比例的电流)发生器100、电压传送器200以及ADC(模数转换
器)300。 参考图3， IPTAT发生器100生成与温度成比例的IPTAT，即随温度的增加而增加，并将所生成的IPTAT传送至电压传送器200。电压传送器生成与镜像电流Il(是IPTAT的电流的镜像)相对应的模拟温度电压VTEMP。 如上所述，本发明的温度测量装置通过对随温度增加而增加的IPTAT进行镜像处理来测量温度。IPTAT发生器100和电压传送器200可以以各种类型来实现。
根据本发明的优选实施例，IPTAT发生器100和电压传送器200可以以BRG(带隙参考发生器)类型来实现。也就是，IPTAT发生器100和电压传送器200可以通过使用生成带隙参考电压所需的IPTAT来生成模拟温度电压VTEMP。 图4示出了根据本发明的优选实施例的IPTAT发生器和电压传送器的电路图。
参考图4， IPTAT包括第一 M0S晶体管Ml至第六MOS晶体管M6、第一电阻器Rl和第二电阻器R2、第一电容器Cl、第一双极性晶体管Ql和第二双极性晶体管Q2、以及运算放大器110。下面将详细描述IPTAT发生器100A。 第一双极性晶体管Ql包括连接在第一反馈电压VFB1与地之间的集电极和发射极，以及连接至集电极的基极。第二双极性晶体管Q2包括连接在第二反馈电压VFB2与地之间的集电极和发射极，以及连接至集电极的基极。 第一电阻器Rl连接在第一反馈电压VFB1与第一双极性晶体管Ql的集电极之间。
运算放大器110具有分别连接在第一反馈电压VFB1与第二反馈电压VFB2之间的负向输入端和正向输入端。第一M0S晶体管至第三MOS晶体管的每一个都具有连接至运算放大器110的输出端的栅极，以及连接至电源电压VC l的源极。第四M0S晶体管M4具有连接至电源电压VC 1的源极和连接至第一MOS晶体管M1的漏极的栅极。第五MOS晶体管M5具有分别连接在第四MOS晶体管的漏极与第二反馈电压VFB2之间的源极和漏极以及连接至偏压BIASPO的栅极。偏压BIASP0可以具有电源电压VC1与地电压之间的电平，其足够用来导通第五MOS晶体管M5。 第六MOS晶体管M6具有分别连接在第一 MOS晶体管Ml的漏极与地之间的漏极和源极，以及连接至偏压BIASPO的栅极。偏压BIASPO可以具有电源电压VC1与地电压之间的电平，其足够用来导通第六MOS晶体管M6。 第一电容器C1分别连接至第六MOS晶体管M6的漏极和源极，第二电阻器R2连接在第三MOS晶体管M3的漏极与第一反馈电压V皿之间。IPTAT流经第二电阻器R2，并且可以表达为下面的等式1 :IPTAT = i^^ ------------------------------ (1)
Rl 这里，VT表示第二双极性晶体管Q2的热电压(thermalvoltage) ， m表示第一双极性晶体管Q1的数目与第二双极性晶体管Q2的数目的比值，而第一双极性晶体管的尺寸与第二双极性晶体管的尺寸的比值Q是1 : N。 参考等式l，可以知道IPTAT的绝对值由电阻器Rl和双极性晶体管的数目的比值m来确定，而电流相对于温度的斜率由In(m)与电阻器R1的比值来确定。
电压传送器200A包括第七MOS晶体管M7，以及第三电阻器R3和第四电阻器R4。
第七MOS晶体管M7包括连接至电源电压VC1的源极，以及连接至运算放大器110的输出端的栅极。第三电阻器R3连接在第七MOS晶体管M7的漏极与模拟温度电压VTEMP之间，并且第四电阻器R4连接在模拟温度电压VTEMP与地之间。具有镜像处理的IPTAT (即所复制的IPTAT)的电流L流经第三电阻器R3和第四电阻器R4。 具有以上所述配置的电压传送器200A复制IPTAT并且将IPTAT传送至电阻器R3 。因此，作为电阻器R3处的电压降的模拟温度电压VTEMP可以表达为下面所示的等式2 : VTEMP = R4 x IL =——I(m)VT ---------------------- (2) 参考等式2，可以知道，模拟温度电压VTEMP具有随温度增加的分量VT。在这种情况下，可以知道温度电压VTEMP是相对于温度变化具有确定斜率的电压。也就是，可以知道，由于温度电压VTEMP由电阻器比R4/R1来确定，使得其对工艺变化不敏感，因此可以稳定地生成温度电压VTEMP 。 与此同时，参考图3 ，本发明的温度测量装置可以另外具有ADC (模数转换器)300 。
ADC 300将来自电压传送器200的模拟温度电压VTEMP数字化，并且通过输出端0UT1传送所数字化的温度电压VTEMP 。 图5示出了根据本发明的优选实施例的ADC的框图，包括时钟发生器310、SAR(逐次逼近寄存器)逻辑单元320、DAC 340以及比较器360。 时钟发生器310从时钟发生器310的外部接收时钟信号CK，将时钟信号转换成具有适于图5中所示的装置的频率或者周期的时钟信号CLK，并且将所转换的时钟信号CLK传送到图5中所示的各单元320、340以及360。 SAR逻辑单元320响应于起始信号START来执行下面的运算。
SAR逻辑单元320响应于来自比较器360的比较信号COMPO通过输出端0UT2来传送具有预置电平的数字化温度电压。也就是，SAR逻辑单元320响应于时钟信号CLK根据比较信号COMPO的电平来确定从MSB (最高有效位)到LSB (最低有效位)的数字化温度电压的值。例如，假设用8个位0vbe、b5、lvb3、lv^以及b。)来表示数字化温度电压，其中，b7是MSB, b。是LSB。无论何时触发时钟信号CLK， SAR逻辑单元320都根据比较信号COMPO的电平来确定各位(b7、be、b5、b4、b3、lv^以及b。)的电平。详细地，首先，所有位(b7、b6、bs、b4、b3、b2、1^以及b。)都具有值"O"，接着当时钟信号CLK被触发时比较信号COMPO的电平是"1"， W被确定为"l"。接着，如果当时钟信号CLK被触发时比较信号COMPO的电平是"0"，则b6被确定为"0"。根据这种运算，可以确定各位b7至b。的电平。
DAC 340将来自SAR逻辑单元320的数字化温度电压转换成模拟温度电压，并且将模拟温度电压传送到比较器360。 图6示出了根据本发明的优选实施例的DAC的电路图，该DAC可以包含有一串2n个电阻器R和一个切换模块(switching box) 342。 该串2n个电阻器R串联连接在参考电压的最高电平REFT与最低电平REFB之间。切换模块342响应于数字化温度电压来切换从2"个电阻器R的相邻电阻器之间取出的不同电平的电压，并且通过输出端0UT3将模拟温度电压(转换的结果)传送到比较器360。切换模块342包含有多个开关(未示出)，每个开关响应于数字化的温度电压被切换。当数字化温度电压施加至MOS晶体管的栅极时，每个开关可以包含有MOS晶体管(未示出)。
同时，比较器360将来自DAC 340的输出与来自图3中的电压传送器200的模拟温度电压VTEMP相比较，并且传送比较结果作为比较信号COMPO。比较器可以以AZC(自稳零比较器)类型来实现。 图7示出了根据本发明的优选实施例的比较器的电路图。 参考图7，比较器360A包括第二电容器C2至第四电容器C4、反向晶体管Ml 1 、M12、M21、 M22、 M31以及M32、第一开关单元362至第四开关单元368、以及第一开关逆变器370和第二开关逆变器372、以及逆变器374。 第二电容器C2连接在第一端Nl和第二端N2之间，第三电容器C3连接在第三端N3与第二端N2之间。第二电容器C2可以具有是第三电容器C3的电容量8倍的电容量。
第一开关单元362在模拟温度电压VTEMP与第一端Nl之间进行开关。第二开关单元364响应于反向时钟信号CLKB在通过输入端IN2所接收的来自DAC 340的输出与第一端Nl之间进行开关。第三开关单元366响应于时钟信号CLK在通过输入端IN2所接收的来自DAC 340的输出与第三端N3之间进行开关。第四开关单元368响应于反向时钟CLKB在参考电压的低电平REFB与第三端N3之间进行开关。 第一开关逆变器370响应于时钟信号CLK在第二端N2反转或分流(bypass)电压。为此，第一开关逆变器370可以包括第五开关单元371以及CMOS晶体管Mil和M12。响应于时钟信号CLK来对第五开关单元371进行开关。如果接通第五开关单元371，则节点N2处的电压被分流至第二开关逆变器372。然而，如果切断第五开关单元371，则在节点N2处的电压由CMOS晶体管Ml和M2来反转，并且被传送至第二开关逆变器372。
第四电容器C4连接在第一开关逆变器370与第二开关逆变器372之间。
第二开关逆变器372经第四电容器C4反转或分流从第一开关逆变器370提供的 电压。为此，第二开关逆变器372可以包括第六开关单元373以及CMOS晶体管M21和M22。 响应于时钟信号CLK来对第六开关单元373进行开关。如果接通第六开关单元373，则从第 一开关逆变器370提供的电压经第四电容器C4分流至逆变器374。然而，如果切断第六开 关单元373，则在M0S晶体管M21和M22处反转从第一开关逆变器370经第四电容器C4提 供的电压。并将其传送至逆变器374。 用CMOS晶体管M31和M32类型的逆变器374反转来自第二开关逆变器372的输 出，并且传送反转结果作为比较信号C0MP0。 同时，假设用8个位(VtvUHh以及b。)表示来自ADC 300或300A的 数字化温度电压。在这种情况下，从模拟温度电压VTEMP转换的数字化温度电压Vadc可以 用下面的等式3来表示Vadc =[会^ +|b6 +|b5 +]^b4 +|(|b3 +*b2 +^b+^b0)]-VFS-----(3) 这里，VFS是参考电压的最高电平REFT减去最低电平REFB得到的值。 图5中的DAC 340具有如图6所示的一串电阻器的5( = n)个位，而如图5所示
的比较器360是如图7所示的比例縮放(scaling)电容器C2。如果图7中所示的第二电容
器C2的电容量是第三电容器C3的电容量的8倍，则8位ADC通常所需的256个电阻器通
过使用比例縮放电容器C2可以降到32个电阻器。因为，由于第二电容器C2的电容量是第
三电容器C3的电容量的8倍，所以1/8可以乘以b3/4+b"8+b/16+b。/32。 最后，通过使用本发明的DAC 340，图3中所示的ADC 300、包含有图6所示的电阻
器串以及比例縮放的第二电容器C2降低了在ADC中所使用的温度传感器的面积，降低了基
本上能够配备温度测量装置作为SOC(片上系统)的ADC 300的整个面积，尽管在
背景技术：
的ADC中所使用的温度传感器10具有不能够配备SOC的较大面积。 如已经描述的，本发明的温度传感器具有下面的优点。 因此，本发明的温度测量装置占用了较小的面积，允许通过数字CMOS工艺将温度 测量装置实现为SOC，并能够进行安全和精确的温度测量。 对本领域的技术人员显而易见的是，在没有背离本发明的精神和范围的前提下， 在本发明中可以进行各种修改和变化。因此，本发明的修改和变化都在所附的权利要求及 其等价物的范围之中，本发明旨在包含这些改变和变化。
权利要求
一种温度测量装置，包括IPTAT发生器，用于生成IPTAT，所述IPTAT用于生成带隙参考电压；以及电压传送器，用于生成与镜像电流相对应的模拟温度电压，所述镜像电流是所述IPTAT的电流的镜像。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述IPTAT发生器包括第一双极性晶体管，具有连接在第一反馈电压与地之间的集电极和发射极，以及连接至所述集电极的基极；第二双极性晶体管，具有连接在第二反馈电压与地之间的集电极与发射极，以及连接至所述集电极的基极；第一电阻器，连接在所述第一反馈电压与所述第一双极性晶体管的集电极之间；运算放大器，所述运算放大器的负向输入端和正向输入端分别连接至所述第一反馈电压和所述第二反馈电压；第一M0S晶体管至第三MOS晶体管，每个均具有连接至所述运算放大器的输出端的栅极，以及连接至电源电压的源极；第四MOS晶体管，具有连接至所述电源电压的源极，以及连接至所述第一MOS晶体管的漏极的栅极；第五MOS晶体管，具有分别连接在所述第四MOS晶体管的漏极和所述第二反馈电压之间的源极和漏极以及连接至偏压的栅极；第六MOS晶体管，具有分别连接在所述第一MOS晶体管的漏极与所述地之间的漏极和源极，以及连接至所述偏压的栅极；第一电容器，分别连接至所述第六MOS晶体管的漏极和源极；以及第二电阻器，连接在所述第三MOS晶体管与所述第一反馈电压之间。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中，所述电压传送器包括第七MOS晶体管，具有连接至所述电源电压的源极，以及连接至所述运算放大器的输出端的栅极；第三电阻器，连接在所述第七MOS晶体管的漏极与所述模拟温度电压之间；以及第四电阻器，连接在所述模拟温度电压与所述地之间。
4. 根据权利要求l所述的装置，进一步包括模/数转换器，用于将所述模拟温度电压转换成数字化温度电压。
5. 根据权利要求4所述的装置，其中，所述模/数转换器包括SAR逻辑单元，用于响应于比较信号来传送具有预置电平的数字化温度电压；数/模转换器，用于将来自所述SAR逻辑单元的数字化温度电压转换成模拟温度电压；以及比较器，用于将来自所述数/模转换器的输出与所述模拟温度电压相比较，并且传送所述比较的结果作为所述比较信号。
6. 根据权利要求5所述的装置，其中，所述数/模转换器包括2n个电阻器R，串联连接在参考电压的最高电平与最低电平之间；以及切换模块，用于响应于所述数字化温度电压来切换从所述2n个电阻器的相邻电阻器之间取出的不同电平的电压。
7. 根据权利要求5所述的装置，其中，所述SAR逻辑单元响应于时钟信号根据所述比较信号的电平来确定所述数字化温度电压的最高有效位到最低有效位的值。
8. 根据权利要求6所述的装置，其中，所述比较器包括第二电容器，连接在第一端与第二端之间；第三电容器，连接在第三端与第二端之间；第一开关单元，用于在所述模拟温度电压与所述第一端之间进行开关；第二开关单元，用于响应于反向的时钟信号在来自所述DAC的输出与所述第一端之间进行开关；第三开关单元，用于响应于时钟信号在来自所述DAC的输出与第三端之间进行开关；第四开关单元，用于响应于所述反向的时钟在所述参考电压的最低电平与所述第三端之间进行开关；第一开关逆变器，用于响应于所述时钟信号在所述第二端反转或分流电压；第二开关逆变器，用于响应于所述时钟信号反转或开关来自所述第一开关逆变器的输出；第四电容器，连接在所述第一开关逆变器与所述第二开关逆变器之间；以及逆变器，用于反转来自所述第二开关逆变器的输出，并且传送所述反转的结果作为所述比较信号。
全文摘要
本发明公开了一种温度测量装置。该温度测量装置包括IPTAT发生器，用于生成IPTAT，该IPTAT用于生成带隙参考电压；以及电压传送器，用于生成与镜像电流相对应的模拟温度电压，该镜像电流是IPTAT的反射电流，从而可通过数字CMOS工艺来配备温度测量装置作为SOC，因为温度测量装置占用面积小并且温度测量可靠而精确。
文档编号G01K7/01GK101769799SQ20091026606
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者尹章铉 申请人:东部高科股份有限公司