一种温度检测电路的制作方法

本发明涉及微电子技术中的温度检测技术领域，特别是一种温度检测电路。

背景技术：

随着集成电路技术和工艺水平的不断发展，芯片上的晶体管以及器件尺寸越做越小，芯片的集成度越来越高，工作频率也越来越快，芯片的温度很容易因为过高而有所损坏，因此需要监测芯片的温度，以便能在芯片温度达到某个设定的温度时采取相关的保护措施，避免芯片过热。另一方面，有一些应用场合，也需要实时测量温度。因此，温度检测对集成电路的发展具有至关重要的作用。

目前，有很多种温度检测电路。传统的一种温度检测电路如图1所示，恒定的电流i流经bjt管q1，产生温度系数约为-1.5mv/℃的电压vbe，其缺点在于该温度系数在-40℃～125℃的温度下不是恒定的，其温度系数会随温度的升高而增大，因此在-40℃～125℃温度范围内误差一般将会大于±3℃。另一种传统的一种温度检测电路如图2所示，产生的δvbe有效的解决了图1所示电路所述的温度系数不恒定的问题，其温度系数为其中k为玻尔兹曼常量，q为电子电荷。但该电路仍然存在一个缺点，即温度系数太低，一般仅为几百微伏(uv)每摄氏度，因此一般需要有效位数(enob)>13bit以上的高精度adc去量化，增加了实现的难度和成本。另一方面，即便用高精度的adc去量化，由于电路容易受噪声串扰等因素的影响，几百微伏(uv)每摄氏度的温度系数很容易被淹没在噪声串扰中，也很难实现高精度的温度检测。因此，设计出简单高精度的温度检测电路，对整个微电子的发展是非常有意义的。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种温度检测电路，具有稳定的温度系数，且温度系数较高，具有更高精度的检测效果。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种温度检测电路，包括

电流偏置模块，所述电流偏置模块包括第一偏置电流输出端、第二偏置电流输出端和镜像电流输出端，所述第一偏置电流输出端和第二偏置电流输出端输出大小相同的偏置电流，所述镜像电流输出端输出与所述偏置电流大小相同的镜像电流；

温度检测模块，所述温度检测模块包括第一三极管、第二三极管、第一电阻和第二电阻，所述第二偏置电流输出端连接至所述第一三极管的发射极，第一三极管的基极和集电极接地，所述第一偏置电流输出端通过第一电阻连接至所述第二三极管的发射极，所述第二三极管的基极和集电极接地，所述镜像电流输出端通过第二电阻接地。

进一步，所述电流偏置模块包括第一n沟道场效应管、第二n沟道场效应管、第三n沟道场效应管、第四n沟道场效应管、第一p沟道场效应管、第二p沟道场效应管、第三p沟道场效应管、第四p沟道场效应管、第三电阻和第四电阻；所述第一p沟道场效应管的源极连接至电源，第一p沟道场效应管的漏极连接第三p沟道场效应管的源极，第三p沟道场效应管的漏极通过第三电阻连接至第三n沟道场效应管的漏极，第三n沟道场效应管的源极连接至第一n沟道场效应管的漏极，第一n沟道场效应管的源极连接至第一偏置电流输出端；所述第二p沟道场效应管的源极连接至电源，第二p沟道场效应管的漏极连接第四p沟道场效应管的源极，第四p沟道场效应管的漏极通过第四电阻连接至第四n沟道场效应管的漏极，第四n沟道场效应管的源极连接至第二n沟道场效应管的漏极，第二n沟道场效应管的源极连接至第二偏置电流输出端；第一p沟道场效应管的栅极和第二p沟道场效应管的栅极短接并连接至第三p沟道场效应管的漏极；第三p沟道场效应管的栅极和第四p沟道场效应管的栅极短接并连接至第三n沟道场效应管的漏极；第一n沟道场效应管的栅极和第二n沟道场效应管的栅极短接并连接至第四n沟道场效应管的漏极；第三n沟道场效应管的栅极和第四n沟道场效应管的栅极短接并连接至第四p沟道场效应管的漏极。

进一步，所述电流偏置模块还包括第五p沟道场效应管和第六p沟道场效应管，所述第五p沟道场效应管的源极连接至电源，第五p沟道场效应管的漏极连接至第六p沟道场效应管的源极，第六p沟道场效应管的漏极连接至镜像电流输出端，第五p沟道场效应管的栅极连接至第一p沟道场效应管的栅极，第六p沟道场效应管的栅极连接至第三p沟道场效应管的栅极。

进一步，还包括启动电路模块，所述启动电路模块包括第五n沟道场效应管、第六n沟道场效应管、第七p沟道场效应管、第八p沟道场效应管和第九p沟道场效应管，所述第七p沟道场效应管、第八p沟道场效应管和第九p沟道场效应管的源极分别连接电源；第七p沟道场效应管的栅极、第七p沟道场效应管的漏极、第五n沟道场效应管的漏极和第六n沟道场效应管的栅极相互连接在一起；第八p沟道场效应管的栅极、第八p沟道场效应管的漏极、第九p沟道场效应管的栅极和第六n沟道场效应管漏极相互连接在一起；第五n沟道场效应管的源极和第六n沟道场效应管的源极分别接地；第五n沟道场效应管的栅极和第九p沟道场效应管的漏极相互连接并连接至第四p沟道场效应管的漏极。

进一步，所述第一三极管为pnp型三极管。

进一步，所述第二三极管为pnp型三极管。

本发明实施例中提供的一个或者多个技术方案，至少具有如下有益效果：采用电流偏置模块提供两路大小相同的偏置电流和一路与所述偏置电流大小相同的镜像电流给温度检测模块，两路大小相同的偏置电流分别流过第一三极管和第二三极管，得到一个温度系数恒定的电压vbe1-vbe2，并用该电压除以第一电阻得到偏置电流，该偏置电流的镜像电流流经第二电阻，从而可得温度系数与第二电阻和第一电阻的比值成正比的输出电压，该输出电压消除了电阻的阻值受温度而带来的影响，该输出电压不仅与电阻的温度系数无关，而且恒定不变；而且通过合理选择第二电阻和第一电阻的比值以及第一三极管和第二三极管的面积比，可以获得较高温度系数，具有更高精度的检测效果。其中，vbe1为第一三极管的发射结正向电压，vbe2为第二三极管的发射结正向电压。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1为现有技术温度检测电路示意图；

图2为另一种现有技术温度检测电路示意图；

图3为本发明一个实施例的一种温度检测电路示意图。

具体实施方式

参照图3，本发明的一个实施例提供一种温度检测电路，包括

电流偏置模块2，所述电流偏置模块2包括第一偏置电流输出端21、第二偏置电流输出端22和镜像电流输出端23，所述第一偏置电流输出端21和第二偏置电流输出端22输出大小相同的偏置电流iref，所述镜像电流输出端23输出与所述偏置电流iref大小相同的镜像电流iptat；

温度检测模块1，所述温度检测模块1包括第一三极管q1、第二三极管q2、第一电阻r1和第二电阻r2，所述第二偏置电流输出端22连接至所述第一三极管q1的发射极，第一三极管q1的基极和集电极接地，所述第一偏置电流输出端21通过第一电阻r1连接至所述第二三极管q2的发射极，所述第二三极管q2的基极和集电极接地，所述镜像电流输出端23通过第二电阻r2接地。

在本实施例中，采用电流偏置模块2提供两路大小相同的偏置电流iref和一路与所述偏置电流iref大小相同的镜像电流iptat给温度检测模块1，两路大小相同的偏置电流iref分别流过第一三极管q1和第二三极管q2，得到一个温度系数恒定的电压vbe1-vbe2，并用该电压处理第一电阻r1得到偏置电流iref，该偏置电流iref的镜像电流iptat流经第二电阻r2，从而可得温度系数与第二电阻r2和第一电阻r1的比值成正比的输出电压vptat，该输出电压vptat消除了电阻的阻值受温度而带来的影响，该输出电压vptat不仅与电阻的温度系数无关，而且恒定不变；而且通过合理选择第二电阻r2和第一电阻r1的比值以及第一三极管q1和第二三极管q2的面积比，可以获得较高温度系数，具有更高精度的检测效果。

进一步地，本发明的另一个实施例还提供一种温度检测电路，其中，所述电流偏置模块2包括第一n沟道场效应管mn1、第二n沟道场效应管mn2、第三n沟道场效应管mn3、第四n沟道场效应管mn4、第一p沟道场效应管mp1、第二p沟道场效应管mp2、第三p沟道场效应管mp3、第四p沟道场效应管mp4、第三电阻r3和第四电阻r4；所述第一p沟道场效应管mp1的源极连接至电源vcc，第一p沟道场效应管mp1的漏极连接第三p沟道场效应管mp3的源极，第三p沟道场效应管mp3的漏极通过第三电阻r3连接至第三n沟道场效应管mn3的漏极，第三n沟道场效应管mn3的源极连接至第一n沟道场效应管mn1的漏极，第一n沟道场效应管mn1的源极连接至第一偏置电流输出端21；所述第二p沟道场效应管mp2的源极连接至电源vcc，第二p沟道场效应管mp2的漏极连接第四p沟道场效应管mp4的源极，第四p沟道场效应管mp4的漏极通过第四电阻r4连接至第四n沟道场效应管mn4的漏极，第四n沟道场效应管mn4的源极连接至第二n沟道场效应管mn2的漏极，第二n沟道场效应管mn2的源极连接至第二偏置电流输出端22；第一p沟道场效应管mp1的栅极和第二p沟道场效应管mp2的栅极短接并连接至第三p沟道场效应管mp3的漏极；第三p沟道场效应管mp3的栅极和第四p沟道场效应管mp4的栅极短接并连接至第三n沟道场效应管mn3的漏极；第一n沟道场效应管mn1的栅极和第二n沟道场效应管mn2的栅极短接并连接至第四n沟道场效应管mn4的漏极；第三n沟道场效应管mn3的栅极和第四n沟道场效应管mn4的栅极短接并连接至第四p沟道场效应管mp4的漏极。

在本实施例中，当电路启动并处于正常工作状态，电流偏置模块2保证第一p沟道场效应管mp1和第二p沟道场效应管mp2的漏电流相等；第一n沟道场效应管mn1和第二n沟道场效应管mn2的漏电流也相等，从而有第一n沟道场效应管mn1和第二n沟道场效应管mn2的源极电压相等。第一n沟道场效应管mn1和第二n沟道场效应管mn2的漏电流为偏置电流iref，则有iref×r1_routing+vbe1＝iref×r2_routing+iref×r1+vbe2，其中r1_routing，r2_routing，r3_routing分别表示三条金属走线的寄生电阻，实际电路并不含这些电阻，只要在布线时保证布线长度和宽度一致，则金属走线的寄生电阻r1_routing＝r2_routing，vbe1为第一三极管q1的发射结正向电压，vbe2为第二三极管q2的发射结正向电压，因此可得其中vt为跟温度有关的常数，k为玻尔兹曼常量，q为电子电荷，t为热力学温度，图3中a为第一三极管q1的面积，na为第二三极管q2的面积，表示第二三极管q2的面积是第一三极管q1的面积的n倍。由于镜像电流iptat是通过偏置电流iref镜像得到的，因此容易求得输出电压取r2＝m×r1，尽管电阻的阻值受温度的影响，但由于分母分子分别都有电阻，因此输出电压vptat与电阻的温度系数无关。此时，vptat的温度系数为其中k为玻尔兹曼常量，q为电子电荷。这个温度系数可达到6mv/℃左右，例如当n取8，m取36，则vptat在-40～125℃下的电压范围约为1.518v～2.593v，其温度系数约为6.5128mv/℃。该温度系数不仅比图2中现有技术的温度系数高几十倍，而且该温度系数是恒定不变的。因此该技术不仅有效克服了图1现有技术中温度系数不恒定的缺点，同时也有效克服了图2现有技术中温度系数低的不足。较高的温度系数，不仅极大降低了对后续adc的精度要求，同时也有效提高了抗噪声串扰的能力。另一方面，恒定的温度系数使得检测温度的电压随温度的变化保持很好的线性关系，具有更高精度的检测效果。

进一步地，本发明的另一个实施例还提供一种温度检测电路，其中，所述电流偏置模块2还包括第五p沟道场效应管mp5和第六p沟道场效应管mp6，所述第五p沟道场效应管mp5的源极连接至电源vcc，第五p沟道场效应管mp5的漏极连接至第六p沟道场效应管mp6的源极，第六p沟道场效应管mp6的漏极连接至镜像电流输出端23，第五p沟道场效应管mp5的栅极连接至第一p沟道场效应管mp1的栅极，第六p沟道场效应管mp6的栅极连接至第三p沟道场效应管mp3的栅极。

在本实施例中，通过第五p沟道场效应管mp5和第六p沟道场效应管mp6构成与第一p沟道场效应管mp1和第三p沟道场效应管mp3相同的支路，以获得与偏置电流iref大小相同的镜像电流iptat提供给温度检测模块1。

进一步地，本发明的另一个实施例还提供一种温度检测电路，其中，还包括启动电路模块3，所述启动电路模块3包括第五n沟道场效应管mn5、第六n沟道场效应管mn6、第七p沟道场效应管mp7、第八p沟道场效应管mp8和第九p沟道场效应管mp9，所述第七p沟道场效应管mp7、第八p沟道场效应管mp8和第九p沟道场效应管mp9的源极分别连接电源vcc；第七p沟道场效应管mp7的栅极、第七p沟道场效应管mp7的漏极、第五n沟道场效应管mn5的漏极和第六n沟道场效应管mn6的栅极相互连接在一起；第八p沟道场效应管mp8的栅极、第八p沟道场效应管mp8的漏极、第九p沟道场效应管mp9的栅极和第六n沟道场效应管mn6漏极相互连接在一起；第五n沟道场效应管mn5的源极和第六n沟道场效应管mn6的源极分别接地；第五n沟道场效应管mn5的栅极和第九p沟道场效应管mp9的漏极相互连接并连接至第四p沟道场效应管mp4的漏极。

在本实施例中，在电源vcc上电完成以后，若第三n沟道场效应管mn3和第四n沟道场效应管mn4的栅极上的电压为低，则第五n沟道场效应管mn5关断，第六n沟道场效应管mn6的栅极电压被第七p沟道场效应管mp7拉高而导通，从而将第八p沟道场效应管mp8和第九p沟道场效应管mp9的栅极电压拉低使其导通，此时第三n沟道场效应管mn3和第四n沟道场效应管mn4的栅极上的电压被第九p沟道场效应管mp9拉高。当第三n沟道场效应管mn3和第四n沟道场效应管mn4的栅极上的电压被第九p沟道场效应管mp9拉高到一定电压值开启电流偏置模块2时，第五n沟道场效应管mn5也导通将第六n沟道场效应管mn6关断，此时第九p沟道场效应管mp9的栅极也被拉高而关断。启动电路模块3的作用就是为了避免电流偏置模块2处于不正常的简并工作状态。

进一步地，如图3所示，本发明的另一个实施例还提供一种温度检测电路，包括温度检测模块1，电流偏置模块2和启动电路模块3，其中r1_routing，r2_routing，r3_routing分别表示三条金属走线的寄生电阻，实际电路并不含这些电阻。各个模板包含的器件及器件连接关系如下：

电流偏置模块2，所述电流偏置模块2包括第一偏置电流输出端21、第二偏置电流输出端22和镜像电流输出端23，所述第一偏置电流输出端21和第二偏置电流输出端22输出大小相同的偏置电流iref，所述镜像电流输出端23输出与所述偏置电流iref大小相同的镜像电流iptat；所述电流偏置模块2包括第一n沟道场效应管mn1、第二n沟道场效应管mn2、第三n沟道场效应管mn3、第四n沟道场效应管mn4、第一p沟道场效应管mp1、第二p沟道场效应管mp2、第三p沟道场效应管mp3、第四p沟道场效应管mp4、第三电阻r3和第四电阻r4；所述第一p沟道场效应管mp1的源极连接至电源vcc，第一p沟道场效应管mp1的漏极连接第三p沟道场效应管mp3的源极，第三p沟道场效应管mp3的漏极通过第三电阻r3连接至第三n沟道场效应管mn3的漏极，第三n沟道场效应管mn3的源极连接至第一n沟道场效应管mn1的漏极，第一n沟道场效应管mn1的源极连接至第一偏置电流输出端21；所述第二p沟道场效应管mp2的源极连接至电源vcc，第二p沟道场效应管mp2的漏极连接第四p沟道场效应管mp4的源极，第四p沟道场效应管mp4的漏极通过第四电阻r4连接至第四n沟道场效应管mn4的漏极，第四n沟道场效应管mn4的源极连接至第二n沟道场效应管mn2的漏极，第二n沟道场效应管mn2的源极连接至第二偏置电流输出端22；第一p沟道场效应管mp1的栅极和第二p沟道场效应管mp2的栅极短接并连接至第三p沟道场效应管mp3的漏极；第三p沟道场效应管mp3的栅极和第四p沟道场效应管mp4的栅极短接并连接至第三n沟道场效应管mn3的漏极；第一n沟道场效应管mn1的栅极和第二n沟道场效应管mn2的栅极短接并连接至第四n沟道场效应管mn4的漏极；第三n沟道场效应管mn3的栅极和第四n沟道场效应管mn4的栅极短接并连接至第四p沟道场效应管mp4的漏极；所述电流偏置模块2还包括第五p沟道场效应管mp5和第六p沟道场效应管mp6，所述第五p沟道场效应管mp5的源极连接至电源vcc，第五p沟道场效应管mp5的漏极连接至第六p沟道场效应管mp6的源极，第六p沟道场效应管mp6的漏极连接至镜像电流输出端23，第五p沟道场效应管mp5的栅极连接至第一p沟道场效应管mp1的栅极，第六p沟道场效应管mp6的栅极连接至第三p沟道场效应管mp3的栅极。通过第五p沟道场效应管mp5和第六p沟道场效应管mp6构成与第一p沟道场效应管mp1和第三p沟道场效应管mp3相同的支路，以获得与偏置电流iref大小相同的镜像电流iptat提供给温度检测模块1。

温度检测模块1，所述温度检测模块1包括第一三极管q1、第二三极管q2、第一电阻r1和第二电阻r2，所述第二偏置电流输出端22连接至所述第一三极管q1的发射极，第一三极管q1的基极和集电极接地，所述第一偏置电流输出端21通过第一电阻r1连接至所述第二三极管q2的发射极，所述第二三极管q2的基极和集电极接地，所述镜像电流输出端23通过第二电阻r2接地。其中，第一三极管q1和第二三极管q2为pnp型三极管。

启动电路模块3，包括第五n沟道场效应管mn5、第六n沟道场效应管mn6、第七p沟道场效应管mp7、第八p沟道场效应管mp8和第九p沟道场效应管mp9，所述第七p沟道场效应管mp7、第八p沟道场效应管mp8和第九p沟道场效应管mp9的源极分别连接电源vcc；第七p沟道场效应管mp7的栅极、第七p沟道场效应管mp7的漏极、第五n沟道场效应管mn5的漏极和第六n沟道场效应管mn6的栅极相互连接在一起；第八p沟道场效应管mp8的栅极、第八p沟道场效应管mp8的漏极、第九p沟道场效应管mp9的栅极和第六n沟道场效应管mn6漏极相互连接在一起；第五n沟道场效应管mn5的源极和第六n沟道场效应管mn6的源极分别接地；第五n沟道场效应管mn5的栅极和第九p沟道场效应管mp9的漏极相互连接并连接至第四p沟道场效应管mp4的漏极。在电源vcc上电完成以后，若第三n沟道场效应管mn3和第四n沟道场效应管mn4的栅极上的电压为低，则第五n沟道场效应管mn5关断，第六n沟道场效应管mn6的栅极电压被第七p沟道场效应管mp7拉高而导通，从而将第八p沟道场效应管mp8和第九p沟道场效应管mp9的栅极电压拉低使其导通，此时第三n沟道场效应管mn3和第四n沟道场效应管mn4的栅极上的电压被第九p沟道场效应管mp9拉高。当第三n沟道场效应管mn3和第四n沟道场效应管mn4的栅极上的电压被第九p沟道场效应管mp9拉高到一定电压值开启电流偏置模块2时，第五n沟道场效应管mn5也导通将第六n沟道场效应管mn6关断，此时第九p沟道场效应管mp9的栅极也被拉高而关断。启动电路模块3的作用就是为了避免电流偏置模块2处于不正常的简并工作状态。

在本实施例中当电路启动并处于正常工作状态，电流偏置模块2保证第一p沟道场效应管mp1和第二p沟道场效应管mp2的漏电流相等；第一n沟道场效应管mn1和第二n沟道场效应管mn2的漏电流也相等，从而有第一n沟道场效应管mn1和第二n沟道场效应管mn2的源极电压相等。第一n沟道场效应管mn1和第二n沟道场效应管mn2的漏电流为偏置电流iref，则有iref×r1_routing+vbe1＝iref×r2_routing+iref×r1+vbe2，其中在布线时保证布线长度和宽度一致，则金属走线的寄生电阻r1_routing＝r2_routing，vbe1为第一三极管q1的发射结正向电压，vbe2为第二三极管q2的发射结正向电压，因此可得其中vt为跟温度有关的常数，图3中a为第一三极管q1的面积，na为第二三极管q2的面积，表示第二三极管q2的面积是第一三极管q1的面积的n倍。由于镜像电流iptat是通过偏置电流iref镜像得到的，因此容易求得输出电压取r2＝m×r1，尽管电阻的阻值受温度的影响，但由于分母分子分别都有电阻，因此输出电压vptat与电阻的温度系数无关。此时，vptat的温度系数为其中k为玻尔兹曼常量，q为电子电荷。这个温度系数可达到6mv/℃左右，例如当n取8，m取36，则vptat在-40～125℃下的电压范围约为1.518v～2.593v，其温度系数约为6.5128mv/℃。该温度系数不仅比图2中现有技术的温度系数高几十倍，而且该温度系数是恒定不变的。因此该技术不仅有效克服了图1现有技术中温度系数不恒定的缺点，同时也有效克服了图2现有技术中温度系数低的不足。较高的温度系数，不仅极大降低了对后续adc的精度要求，同时也有效提高了抗噪声串扰的能力。另一方面，恒定的温度系数使得检测温度的电压随温度的变化保持很好的线性关系，具有更高精度的检测效果。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。