[发明专利]热传感器及其操作方法

说明书

优先权日

本申请要求2011年6月30日提交的美国专利申请序列号13/173,112 号的优先权，其全部内容通过引用结合到本文中作为参考。

相关申请的交叉参考

本申请是于2010年4月21日提交的标题为“PROVIDINGLINERAR RELATIONSHIPBETWEENTEMPERATUREANDDIGITALCODE”的美 国专利申请第12/764,532号的部分继续，该申请又要求于2009年4月22 日提交的美国临时申请第61/171,684的权利，其全部内容结合于此作为参 考。

技术领域

本申请的实施例涉及在温度和数字码之间生成线性关系。各种实施例 用于温度传感器。

背景技术

温度传感器可用于监控诸如CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理 单元)、MPU(微处理单元)、SOC(片上系统)等的电子部件的温度。 当温度超过预定阈值时，传感器可警告电路降低或者甚至关闭单元来减小 功耗，从而减小温度，使得可以防止会引起单元的破坏性故障的过热。

通常，温度传感器包括参考电路和温度测量电路，其中，温度依存性 与绝对温度成正比(PTAT)或者与绝对温度互补(CTAT)。此外，可以 使用依赖于比较PTAT电压与CTAT基极-射极电压的基于温度传感器的 DAC(数模转换器)。然而，该方法会遭遇DAC码-温度非线性问题，即， 其在较宽的温度范围内不能实现很好的线性，导致较差的温度测量精度。

在涉及CTAT电压的一些方法中，在设计温度范围中，所比较的电压 随着高温系统发生变化。当所比较的电压为PTAT时，实施方案引入了固 有的DAC码-温度非线性，结果，除非执行大量的温度校准(例如，多点 校准)，否则会遭遇较差的温度测量精度。其他方法试图使比较(或参考) 电压族各曲线平行，从而实现更好的DAC码-温度线性，但不能成功，因 为实际上曲线是不平行的。因此，这些方法也会遭遇较差的温度测量精度。

发明内容

本申请的实施例涉及在温度和数字码之间提供线性关系。各种实施例 用于温度传感器。在一个实施例中，在特定温度(例如，半导体器件的使 用温度)处，传感器中的电路向比较器提供温度依赖参考电压(例如，V_CTAT) 和比较电压(例如，V_CMP)。V_CTAT依赖于作为与绝对温度互补的温度。比 较电压V_CMP被生成为具有DAC码作为输入。如果V_CTAT和V_CMP相等，则 比较器输出例如通过提供真逻辑来进行表示。如果V_CTAT和V_CMP不相等， 则比较器输出被提供给另一电路(例如，调整电路)，其改变DAC码直到 V_CTAT和V_CMP相等。实际上，在特定时间点，当V_CTAT和V_CMP相等时，由 温度传感电路经历的温度对应于DAC码。在各个实施例中，由温度传感电 路经历的各个温度和DAC码基本上是线性相关的。还公开了依赖于与绝对 温度成正比的温度的电压(例如，V_PTAT)所相关的其他实施例。

本发明提供了一种热传感器，包括：比较器，具有第一输入节点和第 二输入节点；参考电压发生器，与比较器的第一输入节点电连接，参考电 压发生器被配置为提供基本上独立于温度的参考电压；以及温度感测电路， 与比较器的第二输入节点电连接，温度感测电路被配置为提供依赖于温度 的电压，其中，温度感测电路包括：电流反射镜；第一金属氧化物半导体 MOS晶体管，电连接在电流反射镜与地之间，其中，第一节点在第一MOS 晶体管与电流反射镜之间；第一电阻器，与电流反射镜电连接，其中，第 二节点在第一电阻器与电流反射镜之间；以及第二MOS晶体管，与第一电 阻器串联电连接，其中，第二MOS晶体管和第一电阻器以并联的方式与第 一MOS晶体管电连接。

其中，第一MOS晶体管和第二MOS晶体管在热传感器的感测操作期 间在子阈域中进行操作。

其中，温度感测电路为与绝对温度互补CTAT感测电路。

其中，第一节点与比较器的第二输入节点电连接。