[发明专利]一种低功耗低电压数字温度传感器

说明书

本发明涉及一种低功耗低电压数字温度传感器，通过第一环形振荡器输出的第一振荡信号与第二环形振荡器输出的第二振荡信号的频率比来获取温度信息，第一环形振荡器额外采用MOS变容管作为负载电容，利用MOS变容管的电压特性，降低了电源电压波动灵敏度，适用于低功耗低电压环境，同时所述低功耗低电压数字温度传感器还具有小尺寸、高度数字化、自参考等优点。

技术领域

本发明涉及一种低功耗低电压数字温度传感器，属于集成电路领域。

背景技术

当今，处理器和动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）利用多个片上温度传感器进行热监控。就处理器而言，温度传感器通过监视冷点和热点来帮助保持性能和可靠性。另一方面，DRAM根据芯片当前的温度控制自刷新操作的速率，以节省功耗。由于很难在设计阶段预测热点位置，因此微处理器每核包含多达十个或更多的传感器。在计算需求不断增长的推动下，随着每处理器每年内核数的增加，处理器中温度传感器的数量将继续增加。

因此，迫切需要一种适合集成在处理器和DRAM中的低功耗、低成本的温度传感器。传感器必须包含几个关键功能，以使其适合在处理器中使用。首先，它们必须小巧紧凑，以便可以将其放置在非常靠近热点的地方。设计成使用逻辑电源电压运行的传感器有助于减少与单独的专用电源的布线相关的开销。但是，由于逻辑门的不断切换，逻辑电源非常嘈杂。此外，由于在现代处理器中使用动态电压缩放，其平均电压可能会发生很大变化。因此，传感器必须不受电源电压变化的影响。SoC和处理器还采用动态频率缩放算法，其中开关频率被缩放以权衡功率与性能。动态电压和频率缩放算法的使用会限制温度传感器的设计，使传感器不再依赖于使用外部频率或电源电压作为参考。将温度传感器专用的参考频率、电压和偏置电流遍布整个处理器是一项昂贵的工作。因此，温度传感器必须自参考。最后，温度传感器架构应相对容易设计并使其能移植到不同的过程节点中。

目前，已经提出了几种基于全CMOS的传感器架构来满足上述要求：基于热扩散率的传感器具有较高的精度和较小的面积，但其功耗较高。基于DTMOST的传感器提供高精度、低功耗和低于1 V的工作电压，但占用的面积很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种利用MOS变容管的电压特性的低功耗低电压数字温度传感器。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种低功耗低电压数字温度传感器，包括第一环形振荡器、第二环形振荡器、第一积分器、第二积分器、D触发器和线性优化模块，其中，第一环形振荡器的输出端与第一积分器的输入端相连接；第二环形振荡器输出端与第二积分器的时钟输入端、状态机的时钟输入端、D触发器的时钟输入端相连接；第一积分器的输出端与D触发器的数据输入端相连接；第二积分器的输出端与状态机的数据输入端相连接；状态机的第一输出端与第一积分器的控制端相连接；状态机的第二输出端与第二积分器的控制端相连接；D触发器的数据输出端与线性优化模块的输入端相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第一环形振荡器包括N个第一延时单元，N为正奇数，其中，N个第一延时单元依此首尾相连形成闭合回路，最后一个第一延时单元的输出端并作为第一环形振荡器的输出端。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第二环形振荡器包括M个第二延时单元，M为正奇数，其中，M个第二延时单元依此首尾相连形成闭合回路，最后一个第二延时单元的输出端并作为第二环形振荡器的输出端。