温度感测电路

技术领域

本发明涉及一种温度感测技术，且特别涉及一种温度感测电路。

背景技术

在低电压的系统单芯片电路中，可采用根据时间变化或信号延迟随温度而具有差异的特性来感测芯片内部的温度。然而，常见的温度感测电路不论是利用延迟路径(delayline)产生具有时间差的信号进行温度的感测，或是利用电流镜支路间的电流差异来进行温度的感测，都容易受到电路中的金属氧化物半导体晶体管的工艺偏移或是通道长度改变的效应，而造成温度感测的不精确。

因此，如何设计一个新的温度感测电路，以解决上述的缺失，乃为此一业界亟待解决的问题。

发明内容

发明内容旨在提供本公开内容的简化摘要，以使阅读者对本公开内容具备基本的理解。此发明内容并非本公开内容的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。

本发明内容的一目的是在于提供一种温度感测电路，借此改善现有技术的问题。

为达上述目的，本发明内容的一技术实施方式涉及一种温度感测电路，包含：带隙电压产生电路、电流镜支路、可变电阻、比较电路、控制电路以及温度判断电路。带隙电压产生电路配置以产生具有第一温度系数的带隙电压。电流镜支路配置以自带隙电压产生电路镜像出具有与第一温度系数不同的第二温度系数的镜像电流。可变电阻包含电性耦接于电流镜支路的第一端，以接收镜像电流并在第一端产生可变电压。比较电路配置以比较带隙电压以及可变电压，以产生比较结果。控制电路配置以根据比较结果产生控制信号持续调整可变电阻的电阻值，并在控制信号的信号值使可变电压与带隙电压实质相等时输出信号值。温度判断电路配置以根据信号值产生温度值。

本发明的温度感测电路在感测完成时，用以进行比较来感测温度的电压彼此相等，而消除用以产生这两个电压的晶体管间的通道长度调制效应，大幅提升温度感测的精确度。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下：

图1为本发明一实施例中，一种温度感测电路的电路图；

图2为本发明一实施例中，一种温度感测电路的电路图；

图3A为本发明一实施例中，一种温度感测电路的电路图；以及

图3B为本发明一实施例中，一种运算放大器的电路图。

符号说明

100、200、300：温度感测电路 110：带隙电压产生电路

112：电流源电路 114：电压等化电路

120：电流镜支路 130：比较电路

140：控制电路 150：温度判断电路

310：平均电路 320：运算放大器

B1、B2：基极 C1、C2：集极

CL：控制信号 CR：比较结果

D1、D2、D3：漏极 Dout：信号值

E1、E2：射极 F1：第一端

F2：第二端 G1、G2、G3：栅极

GND：接地端 I1、I2：电流

IN1、IN2：输入端 I

OUT：输出端 P1、P2、P3：P型金属氧化物

Q1、Q2：双极性接面型晶体管半导体晶体管

RG：电阻 RB：平衡电阻

S1、S2、S3：源极 RV：可变电阻

T2：第二端 T1：第一端

VA：可变电压 TP：温度值

VDD：电压源 V

具体实施方式

请参照图1。图1为本发明一实施例中，一种温度感测电路100的电路图。温度感测电路100包含：带隙电压产生电路110、电流镜支路120、可变电阻RV、比较电路130、控制电路140以及温度判断电路150。

带隙电压产生电路110配置以产生具有第一温度系数的带隙电压V

于一实施例中，电流源电路112包含对应第一电流输出端的第一电流源支路以及对应第二电流输出端的第二电流源支路。其中，第一电流源支路包含P型金属氧化物半导体晶体管P1，第二电流源支路包含P型金属氧化物半导体晶体管P2。

P型金属氧化物半导体晶体管P1、P2的一对源极S1、S2电性耦接于电压源VDD。P型金属氧化物半导体晶体管P1的漏极D1作为第一电流输出端，以输出电流I1。P型金属氧化物半导体晶体管P2的漏极D2则作为第二电流输出端，以输出电流I2。

电阻RG包含电性耦接于第一电流输出端的第一端T1以及第二端T2。

双极性接面型晶体管Q1、Q2的一对基极B1、B2相电性耦接，且这对基极B1、B2还电性耦接于接地端GND。双极性接面型晶体管Q1、Q2的一对集极C1、C2电性耦接于接地端GND。

并且，双极性接面型晶体管Q1的射极E1电性耦接于电阻RG的第二端T2。因此，双极性接面型晶体管Q1的射极E1与第一电流输出端之间，亦即与P型金属氧化物半导体晶体管P1的漏极D1之间，是通过电阻RG相电性耦接。而双极性接面型晶体管Q2的射极E2电性耦接于第二电流输出端，亦即P型金属氧化物半导体晶体管P2的漏极D2。

电压等化电路114为配置以电性耦接第一电流输出端以及第二电流输出端(P型金属氧化物半导体晶体管P1、P2的漏极D1、D2)，并控制电流源电路112，使第一电流输出端以及第二电流输出端的电压相等。

更详细地说，于一实施例中，电压等化电路114为运算放大器，并包含在图1中分别以‘+’、‘-’以及‘o’记号标示的正输入端、负输入端以及输出端。

其中，正输入端电性耦接于第一电流输出端(P型金属氧化物半导体晶体管P1的漏极D1)以及通过电阻RG电性耦接于双极性接面型晶体管Q1的射极E1。负输入端电性耦接于第二电流输出端(P型金属氧化物半导体晶体管P2的漏极D2)以及双极性接面型晶体管Q2的射极E2。

输出端电性耦接于P型金属氧化物半导体晶体管P1、P2的一对栅极G1、G2，并配置以控制P型金属氧化物半导体晶体管P1、P2，达到使第一电流输出端以及第二电流输出端的电压相等的技术效果。

通过上述的结构，带隙电压产生电路110可在电阻RG的第一端T1产生具有第一温度系数的带隙电压V

电流镜支路120配置以自带隙电压产生电路110镜像出具有与第一温度系数不同的第二温度系数的镜像电流I

更详细地说，于一实施例中，电流镜支路120包含P型金属氧化物半导体晶体管P3。其中，P型金属氧化物半导体晶体管P3的源极S3电性耦接于电压源VDD，栅极G3电性耦接于P型金属氧化物半导体晶体管P1、P2的栅极G1、G2，漏极D3作为第三电流输出端。

因此，电流镜支路120与电流源电路112中，包含P型金属氧化物半导体晶体管P2的第二电流源支路共同形成电流镜，以根据电流I2镜像产生镜像电流I

可变电阻RV包含电性耦接于电流镜支路120的第一端F1，以及电性耦接于接地端GND的第二端F2。可变电阻RV接收镜像电流I

比较电路130配置以比较带隙电压V

于一实施例中，控制电路140为渐近式(successive approximation)控制电路，并配置以根据比较结果CR产生控制信号CL持续调整可变电阻RV的电阻值，在控制信号CL的信号值Dout使可变电压VA与带隙电压V

于一实施例中，“实质相等”一词，表示可变电压VA与带隙电压V

因此，当控制电路140持续调整可变电阻RV的电阻值之际，发现比较结果CR显示可变电压VA与带隙电压V

需注意的是，可变电压VA即为P型金属氧化物半导体晶体管P3的漏极D3的电压，且带隙电压V

温度判断电路150配置以根据信号值Dout产生温度值TP。于一实施例中，温度判断电路150可通过例如，但不限于查询信号值Dout与温度的对照表或是关系计算出温度值TP。

以信号值Dout与温度的关系为例，由于可变电压VA与带隙电压V

I

其中，Ru为可变电阻RV的单位电阻。

进一步地，带隙电压V

V

VA＝bT(式3)

其中，V

通过上述式1至式3的整理，可得到温度T：

T＝V

在部分技术中，温度感测电路100在进行温度感测时，常采用不同的电流对于温度变化反应的不同进行比较，达到感测的技术效果。但是，这样的方式容易因为用以产生这些电流的晶体管的通道长度调制(channel length modulation)所影响而造成精确度下降。

本发明的温度感测电路100在感测完成时，用以进行比较来感测温度的电压彼此相等，而消除用以产生这两个电压的晶体管间的通道长度调制效应，大幅提升温度感测的精确度。

请参照图2。图2为本发明一实施例中，一种温度感测电路200的电路图。

温度感测电路200与图1所示出的温度感测电路100近似，包含：带隙电压产生电路110、电流镜支路120、可变电阻RV、比较电路130、控制电路140以及温度判断电路150。与图1所示出的温度感测电路100的不同之处在于，温度感测电路200还包含平衡电阻RB。

如图2所示，平衡电阻RB与双极性接面型晶体管Q2相并联，以达到平衡电流的目的。更详细地说，电流源电路112的第一电流源支路以及第二电流源支路所产生的电流I2原本具有正温度系数。平衡电阻RB的加入将可产生具有负温度系数的电流，在适当的电阻阻值选择下将电流I2的正温度系数效应抵销，并在电流镜支路120镜像出具有使镜像电流I

类似于前述温度感测电路100的运行方式，可变电阻RV可接收镜像电流I

请参照图3A。图3A为本发明一实施例中，一种温度感测电路300的电路图。

温度感测电路300与图1所示出的温度感测电路100近似，包含：带隙电压产生电路110、电流镜支路120、可变电阻RV、比较电路130、控制电路140以及温度判断电路150。与图1所示出的温度感测电路100的不同之处在于，温度感测电路300还包含多个平均电路310。

于一实施例中，平均电路310是设置于第一电流源支路与第二电流源支路之间以及第一电流源支路与电流镜支路之间，并包含斩波器(chopper)与动态元件匹配(dynamicelement matching；DEM)电路，以分别将所对应的一对电压信号进行平均，更进一步提升精确度。

请同时参照图3B。图3B为本发明一实施例中，一种运算放大器320的电路图。

运算放大器320可用以实现温度感测电路300中的电压等化电路114以及比较电路130，并包含两个输入端IN1、IN2以及输出端OUT。其中，以电压等化电路114为例，两个输入端IN1、IN2可分别电性耦接于P型金属氧化物半导体晶体管P1、P2的漏极D1、D2，输出端OUT可电性耦接于P型金属氧化物半导体晶体管P1、P2的栅极G1、G2。比较电路130两个输入端IN1、IN2可分别电性耦接于可变电阻RV的第一端F1以及电阻RG的第一端T1，输出端OUT可用以产生比较结果CR。

于一实施例中，运算放大器320亦可设置有平均电路310，以分别将所对应的一对电压信号进行平均，进一步提升精确度。

需注意的是，图1、图2以及图3A所示出的温度感测电路100、200、300的电路结构仅为范例。在其他实施例中，温度感测电路100、200、300可在不影响上述的电路运行下，增加其他的电路元件。本发明并不为其所限。

进一步地，上述的实施例中是以第一温度系数为负温度系数，且第二温度系数为正温度系数或零温度系数为例进行说明。在其他实施例中，亦可在第一温度系数以及第二温度系数不同的情形下，适当地调整电路结构，使第一温度系数为正温度系数或零温度系数，或使第二温度系数为负温度系数。本发明并不为上述实施方式所限。

虽然上文实施方式中公开了本发明的具体实施例，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中技术人员，在不悖离本发明的原理与构思的情形下，当可对其进行各种变动与修饰，因此本发明的保护范围当以附随权利要求所界定者为准。