[發明專利]溫度傳感器

有效

• 申請號: 201010226592.0
• 申請日: 2010-07-14
• 公開（公告）號: CN101915625A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 程旭;宋曉笛;帖猛
• 申請（專利權）人: 北京北大眾志微系統科技有限責任公司
• 主分類號: G01K7/01
• 分類號: G01K7/01
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 栗若木;王漪

技術領域

本發明涉及電路領域，尤其涉及一種溫度傳感器。

背景技術

近年來，通過采用深亞微米技術CMOS電路集成度明顯提高，高性能芯片的功率密度和整體芯片功耗相應地不斷增長，進而使得芯片在運用狀態下片內溫度不斷升高，最高可達120℃，而內部高溫會嚴重影響芯片的性能和可靠性，還會使得CMOS電路的亞閾值漏電增加，同時也直接限制了器件特征尺寸的一步縮小。因此，有效監視與控制芯片內部溫度成為了集成電路設計的一個重要內容。

現有技術中，已提出多種面積小且功耗低的CMOS溫度傳感器，以在較小的設計代價下，實現片內溫度實時監控。其中CMOS溫度傳感器較小的面積還使得芯片內部允許集成多個溫度傳感器，以探測不同點上的溫度分布。以傳統的基于環形振蕩器的溫度傳感器為例進行說明。傳統的基于環形振蕩器的溫度探測技術環形振蕩器的周期對工藝變化和供電電壓敏感，但用來采集數據的系統時鐘周期對它們卻不敏感。利用了振蕩器和溫度的相關性，產生一個周期正比于溫度的信號，并且利用系統時鐘來捕捉這個信號。因此，對于傳統的環振傳感器來說，由工藝變化和供電電壓引起的誤差很大。

由于環形振蕩器的振蕩周期除了和溫度有關之外，還和電源電壓有很大的關系。由于電源電壓偏差具有動態特性，無法使用傳統的校準方法來抵消，而存在電源電壓偏差會造成環形振蕩器輸出的振蕩周期不穩定，因此記錄的系統周期存在偏差，造成計算得到的溫度值存在偏差，因此是溫度傳感器的設計難點。

發明內容

本發明提供一種溫度傳感器，解決現有技術中因供電電壓動態變化造成測量結果存在誤差的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：

一種溫度傳感器，包括：

第一環形振蕩器，包括奇數級反相器前后級聯組成的環路，用于輸出與溫度成正比的第一振蕩周期，其中所述第一環形振蕩器中的反相器分為高電壓閾值反相器和低電壓閾值反相器兩類，其中所述高電壓閾值反相器和低電壓閾值反相器個數能夠使所述第一振蕩周期隨供電電壓的變化規律接近第二環形振蕩器輸出的第二振蕩周期隨供電電壓的變化規律，用以使所述第一環形振蕩器和所述第二環形振蕩器的電壓特性相似；

所述第二環形振蕩器，包括奇數級交叉耦合的反相器對，其中該反相器對前后級聯形成環路，用于生成與溫度無關的第二振蕩周期；

其中每級交叉耦合反相器對包含第一反相器和第二反相器，在如下條件下，所述第二環形振蕩器中的電平信號按照所述第一反相器的反向傳播方向產生振蕩：

如果交叉耦合反相器對中的晶體管溝道長度不等，所述第一反相器的PMOS管的溝道寬度大于第二反相器的NMOS管的溝道寬度，且所述第一反相器的NMOS管的溝道寬度大于第二反相器的PMOS管的溝道寬度；

如果交叉耦合反相器對中的晶體管溝道長度相同時，第一反相器的PMOS管的溝道寬度W_P1和第二反相器的NMOS管的溝道寬度W_N2滿足下式條件時：