[發明專利]一種可重構的全數字溫度傳感器及測溫方法

有效

• 申請號: 201811601319.4
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN111366259B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 唐中;方韻;虞小鵬;史崢
• 申請（專利權）人: 杭州廣立微電子股份有限公司
• 主分類號: G01K7/01
• 分類號: G01K7/01
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司 33214
• 代理人: 王靜

本發明涉及一種可重構的全數字溫度傳感器及測溫方法。一種可重構的全數字溫度傳感器，包括一個與非門和K個延時單元；與非門包括兩個輸入端和一個輸出端，其中一個輸入端用于外接啟動控制信號；K個延時單元和與非門串聯連接，且第一個延時單元的輸入端連接到與非門的輸出端，最后一個延時單元的輸出端連接到與非門的另外一個輸入端，形成環形振蕩器結構；每個延時單元包括一個基于漏電的反相器和一個施密特觸發器，且基于漏電的反相器的輸出端與施密特觸發器的輸入端相連。本發明還公開了一種使用可重構的全數字溫度傳感器的測溫方法。本發明能在數字供電下正常工作，并且抗干擾能力強、占用面積小。

技術領域

本發明是關于溫度傳感器領域，特別涉及一種片上可重構的全數字溫度傳感器及測溫方法。

背景技術

隨著CMOS工藝節點進一步縮小，芯片功能越來越復雜，集成度越來越高，隨之帶來的芯片發熱問題也越來越嚴重。因此在先進工藝下SoC、處理器以及DRAM等設計中片上熱管理必不可少。在片上熱管理應用中，往往需要在多個位置檢測溫度，并且放置位置大多在復雜數字模塊周邊，因此所采用的溫度傳感器需要具有面積小、抗干擾能力強、成本低的特點。

傳統CMOS溫度傳感器大多采用寄生三極管作為感溫器件，能夠獲得高精度和高線性度，如圖1所示，BJT(雙極結型晶體管)發射極基準電壓V_BE與溫度線性負相關，兩個BJT的發射極基準電壓△V_BE與溫度線性正相關，取參考電壓V_REF＝V_BE+α×△V_BE，與溫度無關。對圖1中兩個BJT的發射極基準電壓△V_BE進行放大，并經過數模轉換輸出V_PTAT與V_REF的比值，數值越大則溫度也越大(PTAT:proportional to absolute temperature)，具體可參考圖2。該類傳統CMOS溫度傳感器，工作電壓往往需要大于1V，并且面積較大、設計復雜，并不適合片上熱管理中多點數字集成。因此，研究高精度、小面積、低電壓、低成本的全數字溫度傳感器成為行業熱點和難點。

采用電阻做感溫器件的溫度傳感器，可參考圖3，該類型的傳感器雖然能在低電壓下工作，電阻與溫度的關系是非線性的，因此還需要額外的電路進行數字擬合，導致設計復雜度增高而且占用片上面積大。

基于熱電效應的片上溫度傳感器，可參考圖4，利用熱電勢和溫度的關系來檢測的溫度，該類型的傳感器雖然能在低于1V的電壓下工作且占用面積小，但因為需要很大的工作電流，導致存在功耗高、本身發熱等問題。

現有的全MOS溫度傳感器，可參考圖5，利用由于MOS管溫度特性，將溫度轉換為延時，該類型的傳感器雖然能滿足小面積、低電壓的要求，但由于MOS工藝參數的非線性，以及電源電壓對電路延時的干擾，導致精度不足，另外，現有方案大多還是采用模擬的方法設計，不利于工藝遷移。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術中的不足，提供一種能在數字供電下正常工作，并且抗干擾能力強、占用面積小的可重構的全數字溫度傳感器及其使用方法。為解決上述技術問題，本發明的解決方案是：

本發明提供一種可重構的全數字溫度傳感器，包括一個與非門和K個延時單元；與非門包括兩個輸入端和一個輸出端，其中一個輸入端用于外接啟動控制信號；K個延時單元和與非門串聯連接，且第一個延時單元的輸入端連接到與非門的輸出端，最后一個延時單元的輸出端連接到與非門的另外一個輸入端，形成環形振蕩器結構；每個延時單元包括一個基于漏電的反相器和一個施密特觸發器，且基于漏電的反相器的輸出端與施密特觸發器的輸入端相連。