[發明專利]CMOS溫度傳感器及溫度檢測方法

有效

• 申請號: 201811082218.0
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109470376B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 王粲;彭科
• 申請（專利權）人: 芯原微電子（上海）股份有限公司
• 主分類號: G01K7/01
• 分類號: G01K7/01
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種CMOS溫度傳感器及溫度檢測方法，包括：信號采集模塊，用于產生偏置電流、與溫度有關的第一電壓及與溫度有關的第二電壓；模數轉換模塊，基于所述偏置電流、所述與溫度有關的第一電壓及所述與溫度有關的第二電壓將采集到的溫度信息轉化為數字信號輸出。復用信號采集模塊獲得偏置電流及與溫度有關的第一電壓及與溫度有關的第二電壓；基于所述與溫度有關的第一電壓與所述與溫度有關的第二電壓建立溫度信息的補償分式，分母和分子均為ΔV_BE與V_BE的線性組合，利用分母的非線性補償分子的非線性，獲得溫度信息的數字信號。本發明適用于CMOS片上系統，可實現高精度溫度測量，具有電路體積小、穩定性高、對器件要求低、成本低等優點。

技術領域

本發明涉及CMOS片上溫度檢測領域，特別是涉及一種CMOS溫度傳感器及溫度檢測方法。

背景技術

溫度是一個基本的物理現象，它是生產過程中應用最普通、最重要的工藝參數，無論是工農業生產，還是科學研究和國防現代化，都離不開溫度測量，因此，在各種傳感器中，溫度傳感器是應用最廣泛的一種。集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是在PN結溫度傳感器的基礎上發展起來的，具有體積小，穩定性高和價格低廉等特點。

目前，CMOS集成溫度傳感器的主要實現方式包括：基于MOS管的溫度傳感器以及基于CMOS工藝下的寄生雙極型三極管(BJT)的CMOSBJT溫度傳感器。

常見的基于MOS管的溫度特性實現溫度傳感器的方法有兩種：1)利用處于亞閾值狀態的MOS管的漏源電流具有與絕對溫度成正比(PTAT)的特性來實現溫度傳感；由于MOS管在高溫情況下，其自身的泄漏電流非常明顯，使得高溫下處于亞閾值狀態下的MOS管的漏源電流所具有的PTAT特性受到嚴重影響，因此利用MOS管的亞閾值電流的PTAT特性的這種方法來實現的溫度傳感器的測溫范圍不能太寬，否則會嚴重影響其測溫精度。2)利用強反型狀態下MOS管中的載流子遷移率以及閾值電壓依賴于溫度這樣的溫度特性來實現溫度傳感器；這種方法的優點是溫度精度很好，主要缺點在于受工藝波動的影響較大，在高性能要求時必須有大范圍的微調和校準工作。

CMOS BJT溫度傳感器是利用CMOS工藝下的寄生雙極型三極管產生正比于溫度的電壓特性來實現溫度的檢測，相比于MOS溫度傳感器，該結構線性度較好且工藝穩定。對高精度的溫度傳感器而言，希望溫度傳感器的溫度敏感度是使用電阻比值、電流鏡比值、或其他方法。現有技術中的一種方法，采用正溫度系數的電流Iptat和負溫度系數的電流Ibe來進行組合積分并進行轉換輸出高精度的溫度信號；該方法需要高精度的電流鏡比值，和較大的積分電容值來保證精度，高精度電流鏡和大電容導致面積大，電流積分帶來功耗的增加。現有技術中的另一種方法，直接利用VBE來進行轉換，降低了對電流鏡匹配的要求；但精度必須建立在良好的BJT特性上，不兼容主流CMOS工藝，尤其當工藝線寬越來越小，BJT特性退化嚴重；且需要額外偏置電流產生電路結構。

因此，如何簡化電路結構、減小電路面積、兼容CMOS工藝、提高檢測精度已成為本領域技術人員亟待解決的問題之一。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種CMOS溫度傳感器及溫度檢測方法，用于解決現有技術中溫度傳感器的電路結構復雜、電路面積大、不兼容CMOS工藝、檢測精度低等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種CMOS溫度傳感器，所述CMOS溫度傳感器至少包括：

信號采集模塊，用于產生偏置電流、與溫度有關的第一電壓及與溫度有關的第二電壓；