[發(fā)明專利]亞閾值CMOS溫度檢測(cè)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910142600.0
• 申請(qǐng)日: 2009-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN101943613A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭書苞;金杰;孫振國;田磊;吳曉聞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 飛思卡爾半導(dǎo)體公司
• 主分類號(hào): G01K7/01
• 分類號(hào): G01K7/01
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 劉光明;穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的來說涉及溫度檢測(cè)電路，更確切地說，涉及低電源電壓和低功耗溫度檢測(cè)器。

背景技術(shù)

熱性能已經(jīng)日益成為集成電路(IC)的重要特性。舉例來說，該種電路在不同的溫度表現(xiàn)不同。例如，隨著電路溫度變化，該電路的諸如閾值電壓電平、電子遷移率、配線/接觸電阻等的電特征也變化。而且，在IC中的各種子系統(tǒng)所使用的內(nèi)部生成的電壓對(duì)于溫度變化敏感，從而這些系統(tǒng)的性能可能被打折扣，除非存在某種方法來補(bǔ)償這種溫度變化。因此，為了確定電路何時(shí)在預(yù)定正常操作條件之外操作，準(zhǔn)確的溫度檢測(cè)器是必要的。然后，可以發(fā)起一些方法來補(bǔ)償高或低溫度，即，在預(yù)定正常操作溫度之外的溫度。

例如，如果電路過熱，系統(tǒng)頻率可能被降低，以降低電路溫度。相反，如果溫度低，可以提高系統(tǒng)頻率，以改善性能。此外，當(dāng)溫度超過預(yù)定閾值水平時(shí)，某些電路或組件可能需要被關(guān)閉，并且在諸如存儲(chǔ)器的某些應(yīng)用中，存在如下的實(shí)例，其中，在存儲(chǔ)器由于在非常低或高的溫度操作而故障之前，機(jī)密信息應(yīng)被擦除。

此外，諸如便攜式計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、手持游戲設(shè)備和個(gè)人數(shù)字助理的許多電子設(shè)備對(duì)于功耗敏感。即，為了維持電池電量，低功耗是理想的。因此，溫度檢測(cè)器電路應(yīng)消耗盡可能少的功率。

而且，隨著IC的特征尺寸被縮小，這些電路所使用的電源電壓降低。例如，一個(gè)0.7μm?CMOS器件在大約5V的電壓下操作，而一個(gè)0.18μm?CMOS器件在大約1.8V或更低的電壓下操作。這種更低的操作電壓使得溫度傳感器的設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵诟偷牟僮麟妷合拢雽?dǎo)體器件的特性變得更不一致。因此，存在對(duì)于能夠在非常低的電壓下操作并且消耗極少功率的溫度傳感器的需求。

附圖說明

通過示例的方式示出本發(fā)明，并且本發(fā)明不受附圖的限制，在附圖中，相同的參考符號(hào)表示相似元件。為了簡(jiǎn)明和清楚目的，示出在附圖中的元件，并且這些元件不必按比例繪制。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的溫度傳感器電路的示意性電路圖；

圖2是示出了通過圖1的電路可檢測(cè)的報(bào)警界限的溫度對(duì)電壓的曲線圖；以及

圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的與絕對(duì)溫度成比例(PTAT，Proportional?to?Absolute?Temperature)電流發(fā)生器的示意性電路圖。

具體實(shí)施方式

對(duì)附圖的具體描述的目的是作為對(duì)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的描述，并且其目的并不代表本發(fā)明可以被實(shí)施的唯一形式。應(yīng)理解的是，通過應(yīng)被包含在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的不同實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)相同或等效功能。

此處所使用的術(shù)語“耦合(couple)”的目的不限于直接耦合或機(jī)械耦合。此外，除非另有說明，諸如“第一”和“第二”的術(shù)語用于在該種術(shù)語所描述的元素之間進(jìn)行任意地區(qū)別。因此，這些術(shù)語的目的并不必然表示該種元素的臨時(shí)或其他優(yōu)先次序。當(dāng)涉及使信號(hào)、狀態(tài)位、或類似裝置分別進(jìn)入其邏輯真或邏輯假的狀態(tài)的描述時(shí)，此處使用術(shù)語“斷定(assert)”或“置位(set)”和“取負(fù)(negate)”(或者“解除斷定(de-assert)”或“清零(clear)”)。如果邏輯真狀態(tài)是邏輯電平1，則邏輯假狀態(tài)是邏輯電平0，并且，如果邏輯真狀態(tài)是邏輯電平0，則邏輯假狀態(tài)是邏輯電平1。

此處所描述的每個(gè)信號(hào)可以被設(shè)計(jì)成正或負(fù)邏輯，其中，負(fù)邏輯可以由在信號(hào)名稱上面的橫線或名稱后面的斜線(/)來表示。在負(fù)邏輯信號(hào)的情形下，信號(hào)是低電平有效，其中，邏輯真狀態(tài)對(duì)應(yīng)于邏輯電平0。在正邏輯信號(hào)的情形下，該信號(hào)是高電平有效，其中，邏輯真狀態(tài)對(duì)應(yīng)于邏輯電平1。應(yīng)注意的是，此處所描述的任何信號(hào)可以被設(shè)計(jì)成負(fù)或正邏輯信號(hào)。因此，在可選實(shí)施例中，那些被描述為正邏輯信號(hào)的信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)為負(fù)邏輯信號(hào)，并且那些被描述為負(fù)邏輯信號(hào)的那些信號(hào)可以被實(shí)現(xiàn)為正邏輯信號(hào)。

本發(fā)明提供低電源電壓和低功耗溫度檢測(cè)器，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)，該溫度檢測(cè)器生成報(bào)警信號(hào)。將CMOS技術(shù)的亞閾值特性用于生成PTAT電流。PTAT電流通過電阻器和PNP雙極型晶體管，生成PTAT電壓和反向PTAT電壓。比較器將該反向PTAT電壓與被用作報(bào)警界限的PTAT電壓相比較，并且生成檢測(cè)結(jié)果或報(bào)警信號(hào)。

通過簡(jiǎn)單地改變電阻器的值，可以改變報(bào)警界限。即，如下文將更詳細(xì)討論的，通過改變用于生成PTAT電壓的電阻器的值，可以改變生成的PTAT電壓的斜率。溫度檢測(cè)器不需要恒定的參考電壓來生成報(bào)警界限。而且，溫度檢測(cè)器可以使用小于1V的電源電壓、大約2.5uA的電流進(jìn)行操作。