[發明專利]一種全CMOS片上溫度-頻率轉換電路

有效

• 申請號: 201710639719.3
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107463200B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 魯征浩
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G05F3/26
• 分類號: G05F3/26;G01K7/01;H03K3/356
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;丁浩秋

本發明公開了一種全CMOS片上溫度?頻率轉換電路，包括溫度參考源電路和雙穩態振蕩電路，溫度參考源電路以產生一對彼此相關的參考電流和參考電壓，該電流和電壓的比值與絕對溫度成線性正比關系，雙穩態振蕩電路產生的振蕩頻率，正比于參考電流和參考電壓的比值，即振蕩頻率也具有線性的溫度系數，從而完成溫度?頻率的轉換，通過頻率計數的方式可以很方便的得到數字化的片上溫度信息。該結構采用全CMOS器件實現，即除CMOS器件外沒有其他類型的器件，并采用盡量少的元器件實現完整的功能，具有低成本、低功耗、易集成的特點。

技術領域

本發明涉及一種CMOS片上溫度-頻率轉換電路，具體地涉及一種全CMOS片上溫度-頻率轉換電路。

背景技術

CMOS片上溫度-頻率轉換電路通常用于實時監控超大規模集成電路(VLSI)的片上溫度以保證芯片的可靠性及穩定性，也常用于射頻標簽系統(RFID)或無線傳感器網絡(WSN)等低功耗芯片上，用于監測芯片的溫度并對芯片的工作狀態做出調節。在這些應用中，由于成本和功耗的需要，通常要求這類溫度傳感器具備面積小、功耗低的特點。此外，對于超大規模數字集成電路來說，通常因為成本的限制，所采用的數字工藝通常不提供片上電阻和電容的掩膜，因此在超大規模數字集成電路系統中的片上溫度傳感器，需要完全采用CMOS器件來設計和完成。

低成本數字片上溫度-頻率轉換電路實現的方式主要有兩種，第一種是基于半導體器件的溫度系數和多穩態振蕩的方式，將半導體器件的溫度系數通過電流和電壓等方式提取出來并將其轉化為振蕩頻率；第二種是利用數字電路的延遲與溫度相關的特性，構成振蕩電路，從而將溫度信息通過頻率體現出來。這兩種方式都是將溫度轉化為頻率并用計數器將溫度信息數字化，這樣就避免了使用功耗大、成本高、設計復雜的模數轉換器電路。第一種方法和第二種方法相比，具有結構相對更為簡單的特點，但由于其需要一個能體現半導體器件溫度系數的模擬參考源，在傳統的解決方案中通常都需要用到電阻，這就無法達到超大規模數字電路設計中全部采用CMOS器件的要求。盡管也有一些解決方案中用工作在線性區的MOS器件來代替傳統的電阻，但這樣的方法得出的頻率-溫度的關系通常是非線性的，往往需要對輸出頻率取對數才能獲得溫度信息，增加了后續溫度信息提取和處理的復雜度。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明目的是：提供一種全CMOS片上溫度-頻率轉換電路，包括溫度參考源電路和雙穩態振蕩電路，溫度參考源電路以產生一對彼此相關的參考電流和參考電壓，該電流和電壓的比值與絕對溫度成線性正比關系，雙穩態振蕩電路產生的振蕩頻率，正比于參考電流和參考電壓的比值，即振蕩頻率也具有線性的溫度系數，從而完成溫度-頻率的轉換，通過頻率計數的方式可以很方便的得到數字化的片上溫度信息。

本發明的技術方案是：

一種全CMOS片上溫度-頻率轉換電路，包括：

一溫度參考源電路，由CMOS器件組成，用于產生一對彼此相關的參考電流和參考電壓，所述參考電流和參考電壓的比值與絕對溫度成線性關系；

一雙穩態振蕩電路，由CMOS器件組成，用于產生一振蕩頻率，該頻率正比于參考電流和參考電壓的比值。