專利名稱：溫度感測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種溫度感測裝置，且特別是有關(guān)于一種控制電流源的導(dǎo)通數(shù)量以產(chǎn)生溫度電壓的溫度感測裝置。
背景技術(shù)：
溫度感測器是將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息的一種電子裝置，現(xiàn)今的溫度感測器皆朝向提升其量測精準(zhǔn)度以及縮小感測器體積的方向來發(fā)展，并且廣泛應(yīng)用在各種電子設(shè)備中。溫度感測器具有許多種類，其中一種半導(dǎo)體類型的溫度感測器便是利用正溫度系數(shù)(亦即，與絕對溫度成正比)的溫度電壓以及不隨溫度改變的參考電壓相互進(jìn)行比較，藉以取得環(huán)境溫度。其中，具正溫度系數(shù)的電壓可通過與絕對溫度成比例的PTAT (proportional to absolute temperature)電路來產(chǎn)生，而帶隙(bandgap)參考電路則可使輸出的參考電壓不隨溫度而改變。 因此，溫度感測器可通過PTAT電路產(chǎn)生具有正溫度系數(shù)的電流IPTAT，并將此電流IPTAT導(dǎo)入至串聯(lián)電阻中，并從串聯(lián)電阻的多個端點(diǎn)中獲得具正溫度系數(shù)的溫度電壓。接著，溫度感測器利用多工器及比較器來分別抓取對應(yīng)的溫度電壓，并比較溫度電壓與參考電壓的電位大小，藉以偵測出環(huán)境溫度。然而，若要想要準(zhǔn)確地獲得電流IPTAT流經(jīng)串聯(lián)電阻所產(chǎn)生的溫度電壓，這些串聯(lián)電阻必須占用較大的晶片面積才可具有較為精準(zhǔn)的電阻值。在受到半導(dǎo)體制造方法的飄移影響時，這些串聯(lián)電阻受影響的程度也會隨之提高。并且，所使用的電阻越多，溫度感測器中由電阻導(dǎo)致的噪聲也將會隨之增加。在設(shè)計串聯(lián)電阻時，與接地電位電性相連的抬升電阻可能需要比其他串聯(lián)電阻更大的電阻值，方能大幅抬升溫度電壓的電位，溫度電壓與參考電壓才能因此進(jìn)行比較，因而變相提高了溫度感測器的電路面積。由此，在提高溫度量測精準(zhǔn)度的同時，如何縮小溫度感測器的電路體積，便是目前研發(fā)半導(dǎo)體類型溫度感測器所面臨的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種溫度感測裝置，其可控制電流源的導(dǎo)通數(shù)量來產(chǎn)生溫度電壓，藉以避免采用串聯(lián)電阻，可降低溫度感測裝置的電路面積，并減少電阻噪聲的產(chǎn)生。本發(fā)明提出一種溫度感測裝置，此溫度感測裝置包括有一帶隙電壓產(chǎn)生單元、N個鏡射電流源、一溫度電壓產(chǎn)生單元及一溫度運(yùn)算單元，N為正整數(shù)。帶隙電壓產(chǎn)生單元中包括有一正溫度系數(shù)電流源，并且此帶隙電壓產(chǎn)生單元可提供與溫度無關(guān)的參考電壓。N個鏡射電流源的控制端與正溫度系數(shù)電流源的控制端相互耦接，可使上述正溫度系數(shù)電流源與這些鏡射電流源形成電流鏡，藉以依據(jù)正溫度系數(shù)電流源所產(chǎn)生的正溫度系數(shù)電流來鏡射出N個鏡射電流。接續(xù)上述，溫度電壓產(chǎn)生單元耦接至鏡射電流源，其依據(jù)一控制信號來設(shè)定鏡射電流源的導(dǎo)通數(shù)量M，因而產(chǎn)生溫度電壓，M為非負(fù)整數(shù)且M SN。因此，溫度電壓的電位將會根據(jù)這些鏡射電流源的導(dǎo)通數(shù)量M而確定。耦接至帶隙電壓產(chǎn)生單元及電流開關(guān)單元的溫度運(yùn)算單元則會逐步計數(shù)上述的控制信號。并且，在每次計數(shù)之后，溫度運(yùn)算單元將會比較參考電壓及溫度電壓的電位，藉以運(yùn)算產(chǎn)生數(shù)字式的溫度信息。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的溫度電壓產(chǎn)生單元包括有一第一電阻及一電流開關(guān)單元。第一電阻的第一端接收接地電壓，而第一電阻的第二端則稱為一溫度電壓輸出端。電流開關(guān)單元耦接至上述鏡射電流源及溫度電壓輸出端，并依據(jù)控制信號來分別選擇上述鏡射電流鏡是否導(dǎo)通至溫度電壓輸出端，藉以將M個鏡射電流導(dǎo)引至第一電阻來提供此溫度電壓。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，溫度感測裝置還包括有一抬升電流源，其輸出端耦接至第一電阻的第一端，并且抬升電流源的控制端耦接至正溫度系數(shù)電流源的控制端，以使正溫度系數(shù)電流源及抬升電流源亦成為一電流鏡。由此，抬升電流源便可依據(jù)正溫度系數(shù)電流來鏡射出一抬升電流。因此，此處的溫度電壓則由抬升電流、M個鏡射電流及第一電阻來決定。 基于上述，本發(fā)明實(shí)施例的溫度感測裝置可控制電流源的導(dǎo)通數(shù)量，使其流經(jīng)電阻來產(chǎn)生一溫度電壓，并利用此溫度電壓與不隨溫度而改變的參考電壓進(jìn)行比較，便可獲得數(shù)字式溫度信息。因此，本實(shí)施例的溫度感測電路避免采用串聯(lián)電阻來產(chǎn)生溫度電壓，可降低溫度感測裝置的電路面積，并減少電阻噪聲的產(chǎn)生，降低半導(dǎo)體制造方法飄移的影響。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。


圖I是一種溫度感測電路的電路圖；圖2為溫度感測裝置的時序圖；圖3是依照本發(fā)明第一實(shí)施例說明一種溫度感測裝置的方塊圖；圖4為圖3的電流開關(guān)單元的電路圖；圖5為另一實(shí)例的圖3的電流開關(guān)單元的電路圖；圖6是依照本發(fā)明第一實(shí)施例說明一種溫度感測裝置的電路圖。主要元件符號說明100、300 :溫度感測裝置110、312 :正溫度系數(shù)電流源120:多工器130,330 :溫度運(yùn)算單元140 :控制計數(shù)單元150:比較器160 :運(yùn)算放大器310:帶隙電壓產(chǎn)生單元314 :負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器320_1 320_N :鏡射電流源340:抬升電流源
350:溫度電壓產(chǎn)生單元360 電流開關(guān)單元410 :信號解碼器420 電壓追隨器B [2:0]:控制信號C 電容CS 比較信號Ml M6、MF、MSO MSN、MGO MGN 晶體管
SO SN :選擇信號
SGO SGN :接地信號Vbl、Vb2:偏壓Vd 電源電壓GND :接地電壓NI N8 :端點(diǎn)Rl R7、RL:電阻NF 參考電壓輸出端NT:溫度電壓輸出端Vref:參考電壓VTO VT7、VT :溫度電壓Rbg:帶隙電阻Rl :第一電阻T [2:0]:溫度信息IPTAT :正溫度系數(shù)電流I_1 I_N:鏡射電流IL:抬升電流。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將詳細(xì)參考本發(fā)明的示范性實(shí)施例，在附圖中說明所述示范性實(shí)施例的實(shí)例。另外，凡可能之處，在附圖及實(shí)施方式中使用相同標(biāo)號的元件/構(gòu)件/符號代表相同或類似部分。請參照圖I，圖I是一種溫度感測電路100的電路圖。如圖I所示，溫度感測電路100包括有相互串聯(lián)的電阻Rl R7及抬升電阻RL(在此將這些相互串聯(lián)的電阻合稱為串聯(lián)電阻105)、正溫度系數(shù)電流源110、多工器120及溫度運(yùn)算單元130。溫度運(yùn)算單元130則包含有控制計數(shù)單元140及比較器150 (于本實(shí)施例中，比較器150以運(yùn)算放大器160作為其實(shí)現(xiàn)方式，但不依此為限)。于本實(shí)施例中，參考電壓Vref由帶隙參考電路(未圖示)產(chǎn)生。在此特別說明的是，本實(shí)施例以7個電阻Rl R7及抬升電阻RL作為串聯(lián)電阻105的舉例，然而，應(yīng)用本實(shí)施例者可依其設(shè)計需求來調(diào)整串聯(lián)電阻105中的電阻個數(shù)，下述的多工器120及控制信號B[2:0]亦可隨電阻個數(shù)的調(diào)整，本實(shí)施例并不以此為限。
由此，溫度感測裝置100可利用正溫度系數(shù)電流源110來產(chǎn)生與絕對溫度成正比的正溫度系數(shù)電流IPTAT (于實(shí)施例中，正溫度系數(shù)電流IPTAT約為3 μ A)，并提供正溫度系數(shù)電流IPTAT導(dǎo)入至串聯(lián)電阻105中，因此串聯(lián)電阻105的每個端點(diǎn)NI NS上可提供同樣具有正溫度系數(shù)的溫度電壓VTO VT7。舉例而言，溫度電壓VTO的電壓值等于串聯(lián)電阻105中所有電阻值的加總再乘以正溫度系數(shù)電流IPTAT的值。溫度電壓VT6的電壓值則等于電阻R7及抬升電阻RL的電阻值加總后乘以正溫度系數(shù)電流IPTAT的值。溫度運(yùn)算單元130利用控制計數(shù)單元140以遞增方式逐步地計數(shù)控制信號(在此以控制信號Β[2:0]作為本實(shí)施例的溫度運(yùn)算單元130的控制信號，但其位元線個數(shù)并不受限于此)，并在計數(shù)到最大值之后重新歸零計數(shù)。由此，多工器120便會依據(jù)計數(shù)后的控制信號Β[2:0]依序?qū)囟入妷篤TO VT7輸出至多工器120的溫度電壓輸出端NT。并且，在每次計數(shù)之后，溫度運(yùn)算單元130便利用比較器150來進(jìn)行參考電壓Vref及溫度電壓的電位大小比較，藉以運(yùn)算產(chǎn)生數(shù)字式溫度信息T [2:0]。于本實(shí)施例中，為了降低多工器120
切換過程中的電子脈沖(glitch)，便在溫度電壓輸出端NT耦接至電容C，以使用電容補(bǔ)償效應(yīng)來降低電子脈沖。在此說明溫度運(yùn)算單元130的詳細(xì)致動方式，圖2為溫度感測裝置100的時序圖。請參考圖2，多工器120依據(jù)控制計數(shù)單元140的控制信號B[2:0]將對應(yīng)的溫度電壓輸出至多工器120的溫度電壓輸出端NT。如此一來，在控制計數(shù)單元140每次計數(shù)完畢后，比較器150便可依據(jù)比較與溫度無關(guān)的參考電壓Vref及溫度電壓VTO VT7的電位大小，藉以產(chǎn)生比較信號CS。為了便于說明，在此假設(shè)參考電壓Vref的電壓值略大于溫度電壓VT5的電壓值，并略為小于溫度電壓VT4的電壓值，藉以說明比較信號CS與控制計數(shù)單元140的致動關(guān)系。如圖2所示，當(dāng)控制計數(shù)單元140依序?qū)⒖刂菩盘朆[2:0]從數(shù)字O依據(jù)計數(shù)到數(shù)字4時，由于多工器依據(jù)控制信號B[2:0]所輸出的溫度電壓VTO VT4的電壓值皆大于參考電壓Vref的電壓值，比較器160輸出的比較信號CS便皆為禁能，本實(shí)施例以邏輯"O"作為比較信號CS的禁能，但不限制于此。當(dāng)控制計數(shù)單元140計數(shù)控制信號B [2:0]至數(shù)字5時，比較器160因?yàn)闇囟入妷篤T5的電壓值小于參考電壓Vref的電壓值，比較器160輸出的比較信號CS便由禁能轉(zhuǎn)變?yōu)橹履?在此以邏輯"I"作為比較信號CS的禁能)。此時，控制計數(shù)單元140便依據(jù)此次計數(shù)的控制信號B [2:0](于本實(shí)施例中，便是數(shù)字5)，利用控制計數(shù)單元140內(nèi)建的運(yùn)算公式或是溫度對照表來運(yùn)算產(chǎn)生對應(yīng)的數(shù)字式溫度信息T [2:0]，以獲得溫度感測裝置100感測得到的環(huán)境溫度。然而，若要想要準(zhǔn)確地獲得溫度電壓VTO VT7，并想要減少半導(dǎo)體制造方法飄移所受到的影響時，溫度感測裝置100必須使用較大尺寸的串聯(lián)電阻105才可具有較為精準(zhǔn)的電阻值。由于每個電阻可能生成的噪聲約略為4Xk(波茲曼常數(shù))XT(絕對溫度)XR(電阻值)，因此在溫度感測裝置100內(nèi)使用的電阻數(shù)量越多，其電阻值越大，噪聲也會隨之提升。為了使溫度電壓VTO VT7能夠與參考電壓Vref進(jìn)行電位的比較，抬升電阻RL便需要比其他串聯(lián)電阻更大的電阻值，方能大幅抬升溫度電壓VTO VT7的電位。于此，符合本發(fā)明實(shí)施例的重點(diǎn)在于，為了避免利用串聯(lián)電阻來產(chǎn)生溫度電壓，本發(fā)明實(shí)施例的溫度感測裝置可控制電流源的導(dǎo)通數(shù)量，使其流經(jīng)電阻來產(chǎn)生溫度電壓，并利用這些溫度電壓與參考電壓Vref相比較以獲得數(shù)字式溫度信息。換言之，本發(fā)明實(shí)施例以電流鏡的方式鏡射出多個正溫度系數(shù)鏡射電流，并利用控制信號來設(shè)定導(dǎo)引至電阻的電流數(shù)量，便不需要利用串聯(lián)電阻而可依序產(chǎn)生對應(yīng)的溫度電壓。圖3是依照本發(fā)明第一實(shí)施例說明一種溫度感測裝置300的方塊圖。請參照圖3，溫度感測裝置300包括有帶隙電壓產(chǎn)生單元310、N個鏡射電流源320_1 320_N、溫度電壓產(chǎn)生單元350及溫度運(yùn)算單元330，N為正整數(shù)。溫度電壓產(chǎn)生單元350則包含有電流開關(guān)單元360及第一電阻R1。于本實(shí)施例中，溫度感測裝置300還包括有抬升電流源340。其中，溫度運(yùn)算單元330與圖I的溫度運(yùn)算單元130相類似，因此相似的說明請參照上述實(shí)施例，在此不再贅述。帶隙電壓產(chǎn)生單元310可提供與溫度無關(guān)的參考電壓Vref。在許多類比電路中，帶隙電壓產(chǎn)生單元310(亦可稱為帶隙參考電路)通常利用與絕對溫度成正比的正溫度系數(shù)電路以及與絕對溫度成反比的負(fù)溫度系數(shù)電路相互進(jìn)行溫度補(bǔ)償，藉以使參考電壓Vref 不隨溫度而變。在此以圖3的帶隙電壓產(chǎn)生單元310作為本實(shí)施例的帶隙參考電路的舉例，帶隙電壓產(chǎn)生單元310包括有正溫度系數(shù)電流源310、帶隙電阻Rbg以及負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器314。正溫度系數(shù)電流源310的供電端接收電源電壓Vd，且正溫度系數(shù)電流源310的輸出端耦接至帶隙電阻Rbg的第一端(亦可稱為參考電壓輸出端NF)。負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器314的第一端則耦接至帶隙電阻Rbg的第二端。負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器314則可提供與絕對溫度成反比的負(fù)溫度系數(shù)電壓VIPT至帶隙電阻Rbg的第二端。由此，經(jīng)由設(shè)計后，正溫度系數(shù)電流IPTAT則可由負(fù)溫度系數(shù)電壓VIPT進(jìn)行補(bǔ)償而產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電壓Vref，其電壓值的計算方式如方程式(I)所示Vref = IPTAT X Rb g+V I PT..........(I)在此說明鏡射電流源320_1 320_N及抬升電流鏡340。為了產(chǎn)生多個與正溫度系數(shù)電壓IPTAT相關(guān)的鏡射電流，N個鏡射電流源320_1 320_N的控制端便與正溫度系數(shù)電流源312的控制端相互耦接(未圖示)，每個鏡射電流源320_1 320_N的供電端亦接收電源電壓Vd。由此，正溫度系數(shù)電流源312便與鏡射電流源320_1 320_N組成了電流鏡，鏡射電流源320_1 320_N可依據(jù)正溫度系數(shù)電流IPTAT來鏡射出N個鏡射電流1_1 I_N。其中，正溫度系數(shù)電流源310中晶體管與鏡射電流源320_1 320_N中晶體管的尺寸比例(本實(shí)施例中亦可稱為鏡射比例)可由實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例者的需求來進(jìn)行調(diào)整，藉以調(diào)整鏡射電流1_1 I_N的電流值。本實(shí)施例將此鏡射比例設(shè)定為4 1，亦即每個鏡射電流1_1 I_N的電流值為正溫度系數(shù)電流IPTAT的電流值的1/4，但本發(fā)明并不受限于此。相似地，抬升電流源340亦可與正溫度系數(shù)電流源312組成電流鏡，其控制端與正溫度系數(shù)電流源312的控制端相互耦接(未圖示)。抬升電流源340的供電端亦接收電源電壓Vd，并且抬升電流源340的輸出端則耦接至第一電阻Rl的第一端(亦即，溫度電壓輸出端NV)，藉以產(chǎn)生一抬升電流IL。由于電流鏡效應(yīng)，抬升電流IL與正溫度系數(shù)電流IPTAT會因?yàn)樘娏髟?40及正溫度系數(shù)電流源312中晶體管的尺寸比例而具有比例關(guān)系(在此將此比例關(guān)系稱為抬升比例)。由于抬升電流IL的用意主要是提高溫度電壓VT的電位，以使溫度電壓VT能夠與參考電壓Vref順利地進(jìn)行比較，因此抬升比例的數(shù)據(jù)將會依據(jù)參考電壓Vref的電位、第一電阻Rl的電阻值以及實(shí)際溫度量測的相關(guān)數(shù)據(jù)來進(jìn)行設(shè)定。于本實(shí)施例中，抬升比例約為12 19，但本發(fā)明并不限制于此。溫度電壓產(chǎn)生單元350則耦接至鏡射電流源320_1 320_N及抬升電流源340的輸出端，并接收溫度運(yùn)算單元330所計數(shù)的控制信號B [2:0]。溫度電壓產(chǎn)生單元350依據(jù)控制信號B [2:0]來調(diào)整及設(shè)定鏡射電流源320_1 320_N的導(dǎo)通數(shù)量M (Μ為非負(fù)整數(shù)且M^N),由此依序產(chǎn)生與參考電壓Vref相比較的溫度電壓。在此詳細(xì)說明溫度電壓產(chǎn)生單元350的致動原理。第一電阻Rl的第一端接收接地電壓GND，而第一電阻Rl的第二端則稱為溫度電壓輸出端NT。電流開關(guān)單元360耦接至鏡射電流源320_1 320_N的輸出端及溫度電壓輸出端NT。由此，電流開關(guān)單元360依 據(jù)330所計數(shù)的控制信號B [2:0]，分別選擇每個鏡射電流鏡320_1 320_N的輸出端是否導(dǎo)通至溫度電壓輸出端NV，以從N個鏡射電流1_1 I_N中選擇M個鏡射電流以導(dǎo)引至第一電阻R1。由此，溫度電壓輸出端NT上的溫度電壓VT便可由M個鏡射電流、抬升電流源340所產(chǎn)生的抬升電流IL以及第一電阻Rl來決定其電壓值。溫度電壓VT的電壓值則如下述方程式⑵所示，假設(shè)每個鏡射電流1_1 I_N的電流值皆為I。VT= (IXM+IL) XRl ..........(2)溫度電壓產(chǎn)生單元350便可因此控制鏡射電流源320_1 320_N來隨著控制信號B [2:0]產(chǎn)生與參考電壓Vref相比較的溫度電壓VT。在此說明電流開關(guān)單元360的電路架構(gòu)及其致動原理。圖4為圖3的電流開關(guān)單元360的電路圖，如圖4所示，電流開關(guān)單元360包括信號解碼器410、N個導(dǎo)引開關(guān)(以晶體管MSO MSN為例)、N個接地開關(guān)(以晶體管MGO MGN為例)及導(dǎo)流單元。在此以電壓追隨器420(以晶體管MF為例)作為導(dǎo)流單元的實(shí)現(xiàn)方式。于本實(shí)施例中，晶體管MSO MSN、晶體管MGO MGN及晶體管MF皆為P通道(P-channel)金屬氧化物半導(dǎo)體(metal oxide semiconductor ；M0S)場效應(yīng)晶體管,但本發(fā)明并不限制于此,亦可以利用N通道(N-channel)MOS場效應(yīng)晶體管來實(shí)現(xiàn)。信號解碼器410接收上述溫度運(yùn)算單元330所計數(shù)的控制信號B [2:0]，并將此控制信號B [2:0]解碼為N個選擇信號SO SN。當(dāng)然，如果溫度運(yùn)算單元330直接提供選擇信號SO SN至電流開關(guān)單元360，那么電流開關(guān)單元360便不需要具備有信號解碼器410。導(dǎo)引開關(guān)MSi及接地開端MGi的第一端(源極端)均耦接至圖3的鏡射電流源320i的輸出端，i為正整數(shù)且I彡i彡N。導(dǎo)引開關(guān)MSO MSN的第二端(漏極端)耦接至溫度電壓輸出端NT，而接地開端MGO MGN的第二端(漏極端)則耦接至電壓追隨器420的第一端(晶體管MF的源極端)。導(dǎo)引開關(guān)MSO MSN的控制端(柵極端)分別耦接至選擇信號SO SN，且接地開關(guān)MSO MSN的控制端(柵極端)分別耦接至接地信號SGO SGN。電壓追隨器420的第二端(晶體管MF的漏極端)耦接至接地電壓GND，而電壓追隨器420的控制端(晶體管MF的柵極端)則耦接至溫度電壓輸出端NT。選擇信號Si與接地信號SGi互為反相，換言之，當(dāng)選擇信號Si為邏輯"I"時，接地信號SGi則為邏輯"0"，反之亦然。由此，電流開關(guān)單元360便可依據(jù)控制信號B [2:0]產(chǎn)生選擇信號SO SN，藉以從N個鏡射電流1_1 I_N中選擇M個鏡射電流以導(dǎo)引至第一電阻R1。舉例而言，當(dāng)選擇信號SO致能時(在此以邏輯"O"為致能)，導(dǎo)引開關(guān)MSO將會導(dǎo)通以將鏡射電流1_1導(dǎo)引至參考電壓輸出端NT，而接地開關(guān)MGO則會由于接地信號SGO為禁能(在此以邏輯"I"為禁能)而為截止?fàn)顟B(tài)。此外，為使圖3的鏡射電流鏡320_1 320_N經(jīng)常操作于飽和區(qū)，以避免這些鏡射電流鏡320_1 320_N進(jìn)入至二極體區(qū)或截止區(qū)，在此利用電壓追隨器420 (或稱源極隨耦器)將未被導(dǎo)引至第一電阻Rl的鏡射電流通過電壓追隨器420導(dǎo)引至接地端。使用電壓追隨器420的另一個優(yōu)點(diǎn)則是，可減少鏡射電流鏡320_1 320_N在被切換時會因電壓不同而產(chǎn)生通道長度調(diào)變效應(yīng)(channel length modulation)。圖5為另一實(shí)例的圖3的電流開關(guān)單元360的電路圖。圖5與圖4相類似，其相同處不再贅述。不同之處在于，電流開關(guān)單元360的導(dǎo)流單元亦可以利用電阻R2作為其實(shí)施方式，然而此方式較容易使鏡射電流鏡320_1 320_N進(jìn)入至二極體區(qū)或截止區(qū)，因此需對電阻R2的電阻值進(jìn)行設(shè)計。 圖6是依照本發(fā)明第一實(shí)施例說明一種溫度感測裝置300的電路圖。如圖6所示，在此利用半導(dǎo)體元件(例如，P通道MOS場效應(yīng)晶體管及雙載子接面晶體管)來實(shí)現(xiàn)帶隙電壓產(chǎn)生單元310、N個鏡射電流源320_1 320_N及抬升電流源340。帶隙電壓產(chǎn)生單元310中的正溫度系數(shù)電流源312包括有晶體管Ml及晶體管M2。晶體管Ml及晶體管M2的控制端(柵極端)分別接收第一偏壓Vbl及第二偏壓Vb2。晶體管Ml的第一端(源極端)及第二端(漏極端)分別耦接至電源電壓Vd及晶體管M2的第一端(源極端)，而晶體管M2的第二端(漏極端)則為正溫度系數(shù)電流源312的輸出端。此外，帶隙電壓產(chǎn)生單元310中的負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器314則可利用雙載子接面晶體管(BJT)Ql來實(shí)現(xiàn)。晶體管Ql的射極為負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器314的第一端，并提供接地電壓GND至晶體管Ql的基極與集電極(亦即，晶體管Ql的基極與集電極接收接地電壓GND)。因此，帶隙電壓產(chǎn)生單元310利用兩個串接晶體管Ml、M2所產(chǎn)生的漏極電流會隨溫度上升而增加的特性，來補(bǔ)償雙載子接面晶體管Ql的射極及基極間的跨壓(亦即，負(fù)溫度系數(shù)電壓VIPT)隨溫度增加而降低的電位，使參考電壓Vref不隨溫度改變。于本實(shí)施例中，每個鏡射電流源320_1 320_N皆為相同，因此以鏡射電流源320_1作為舉例。如圖6所示，鏡射電流源包括有晶體管M3及晶體管M4。與晶體管M1、M2相似，晶體管M3及晶體管M4的控制端(柵極端)也是分別接收第一偏壓Vbl及第二偏壓Vb2。晶體管M3的第一端(源極端)及第二端(漏極端)分別耦接至電源電壓Vd及晶體管M4的第一端(源極端)，而晶體管M4的第二端(漏極端)則為鏡射電流源320_1的輸出端。抬升電流源340中晶體管M5、M6與晶體管M3、M4亦相類似，其差異在于晶體管M6的漏極端耦接至第一電阻Rl的第二端。并且，晶體管M1、M2與晶體管M3、M4的尺寸比例(鏡射比例)，以及晶體管M1、M2與晶體管M5、M6的尺寸比例(抬升比例)會隨應(yīng)用本實(shí)施例者而隨其需求調(diào)整。有鑒于此，本實(shí)施例所述的溫度感測裝置300利用多個電流源組成電流鏡來取代串聯(lián)電阻產(chǎn)生溫度電壓，由于半導(dǎo)體元件的制造方法飄移影響比電阻來的小，因此可使用較小尺寸的晶體管來縮小溫度感測裝置300的電路面積，亦可同時具有良好的感測精準(zhǔn)度。此外，一般而言，正溫度系數(shù)電流IPTAT的電流值較為微弱(約略為3 μ A)，若希望溫度電壓的電壓值能夠提升，以往的做法便是大幅增加串聯(lián)電阻的電阻值，因而相對應(yīng)地增加了電路面積。本發(fā)明實(shí)施例則僅需要調(diào)整晶體管的尺寸比例，便能夠提高溫度電壓的電壓值，因此可縮小電路面積。并且，由于晶體管元件造成的噪聲(M_noise)約略如方程式
(3)所示M_noise = 4XkXTXrXgm = 4XkXTXrX [2 (kl)1/2]... (3)因此，溫度感測裝置300中的噪聲便會比圖I中使用串接電阻105的溫度感測裝置100的噪聲來的小。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的溫度感測裝置可控制電流源的導(dǎo)通數(shù)量，使其流經(jīng)電阻來產(chǎn)生一溫度電壓，并利用此溫度電壓與不隨溫度而改變的參考電壓進(jìn)行比較，便可獲得數(shù)字式溫度信息。因此，本實(shí)施例的溫度感測電路避免采用串聯(lián)電阻來產(chǎn)生溫度電壓，可降低其電路面積，并減少電阻噪聲的產(chǎn)生以及半導(dǎo)體制造方法飄移的影響。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種溫度感測裝置，包括 一帶隙電壓產(chǎn)生單元，包括一正溫度系數(shù)電流源，該帶隙電壓產(chǎn)生單元用以提供一參考電壓； N個鏡射電流源，這些鏡射電流源的控制端耦接至該正溫度系數(shù)電流源的控制端，以依據(jù)該正溫度系數(shù)電流源所產(chǎn)生的一正溫度系數(shù)電流以鏡射出N個鏡射電流，N為正整數(shù)； 一溫度電壓產(chǎn)生單元，耦接至所述鏡射電流源，其依據(jù)一控制信號設(shè)定所述鏡射電流源的一導(dǎo)通數(shù)量M，以產(chǎn)生一溫度電壓，其中該溫度電壓的電位根據(jù)所述鏡射電流源的該導(dǎo)通數(shù)量M而設(shè)定，M為非負(fù)整數(shù)且M彡N ;以及 一溫度運(yùn)算單元，稱接至該帶隙電壓產(chǎn)生單元及該電流開關(guān)單元，其逐步計數(shù)該控制信號，并于每次計數(shù)后比較該參考電壓及該溫度電壓的電位，以運(yùn)算產(chǎn)生一溫度信息。
2.如權(quán)利要求I所述的溫度感測裝置，其中該溫度電壓產(chǎn)生單元包括 一第一電阻，其第一端接收一接地電壓，且該第一電阻的第二端為一溫度電壓輸出端；以及 一電流開關(guān)單元，耦接至所述鏡射電流源及該溫度電壓輸出端，其依據(jù)該控制信號分別選擇所述鏡射電流鏡是否導(dǎo)通至該溫度電壓輸出端，以將M個鏡射電流導(dǎo)引至該第一電阻以提供該溫度電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的溫度感測裝置，還包括 一抬升電流源，其控制端耦接至該正溫度系數(shù)電流源的控制端，該抬升電流源的輸出端耦接至該溫度電壓輸出端，該抬升電流源依據(jù)該正溫度系數(shù)電流以鏡射出一抬升電流，其中該溫度電壓由該抬升電流、M個鏡射電流及該第一電阻所設(shè)定。
4.如權(quán)利要求3所述的溫度感測裝置，其中該抬升電流與該正溫度系數(shù)電流具有一抬升比例，且該抬升比例依據(jù)該參考電壓的電位及該第一電阻的電阻值來決定。
5.如權(quán)利要求2所述的溫度感測裝置，其中該電流開關(guān)單元包括 N個導(dǎo)引開關(guān)，第i個導(dǎo)引開關(guān)的第一端耦接至第i個鏡射電流源的輸出端，所述導(dǎo)引開關(guān)的第二端耦接至該溫度電壓輸出端，且第i個導(dǎo)引開關(guān)依據(jù)該控制信號中第i個選擇信號以導(dǎo)通其第一端及第二端，i為正整數(shù)且I < i < N。
6.如權(quán)利要求5所述的溫度感測裝置，其中該電流開關(guān)單元還包括 N個接地開關(guān)，第i個接地開關(guān)的第一端耦接至第i個鏡射電流源的輸出端，且第i個接地開關(guān)依據(jù)該控制信號中第i個接地信號以導(dǎo)通其第一端及第二端，其中該第i個導(dǎo)引信號與該第i個接地信號互為反相；以及 一導(dǎo)流單元，其第一端及第二端分別耦接至所述接地開關(guān)的第二端及一接地端，該導(dǎo)流單元將未被導(dǎo)引至該第一電阻的所述鏡射電流導(dǎo)引至該接地端。
7.如權(quán)利要求6所述的溫度感測裝置，其中該導(dǎo)流單元包括 一源極隨耦器，其控制端耦接至該溫度電壓輸出端，該源極隨耦器的第一端及第二端分別耦接至所述接地開關(guān)的第二端及該接地電壓。
8.如權(quán)利要求6所述的溫度感測裝置，其中該導(dǎo)流單元包括 一第二電阻，其第一端及第二端分別耦接至所述接地開關(guān)的第二端及該接地電壓。
9.如權(quán)利要求2所述的溫度感測裝置，其中該溫度電壓產(chǎn)生單元還包括 一信號解碼器，用以解碼該控制信號為N個選擇信號。
10.如權(quán)利要求I所述的溫度感測裝置，其中該帶隙電壓產(chǎn)生單元還包括 一帶隙電阻，其第一端耦接至該正溫度系數(shù)電流源，且該帶隙電阻的第一端為一參考電壓輸出端；以及 一負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器，其第一端耦接至該帶隙電阻的第二端以產(chǎn)生一負(fù)溫度系數(shù)電壓， 其中該參考電壓為該正溫度系數(shù)電流乘以該帶隙電阻后加上該負(fù)溫度系數(shù)電壓的值。
11.如權(quán)利要求10所述的溫度感測裝置，其中該負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器為一雙載子接面晶體管，其基極與集電極接收該接地電壓，且該雙載子接面晶體管的射極為該負(fù)溫度系數(shù)電壓產(chǎn)生器的第一端。
12.如權(quán)利要求I所述的溫度感測裝置，其中該正溫度系數(shù)電流源包括 一第一晶體管，其控制端接收一第一偏壓，且該第一晶體管的第一端耦接至一電源電壓；以及 一第二晶體管，其控制端接收一第二偏壓，該第二晶體管的第一端耦接至該第一晶體管的第二端，且該第二晶體管的第二端為該正溫度系數(shù)電流源的輸出端。
13.如權(quán)利要求12所述的溫度感測裝置，其中第i個鏡射電流源包括 一第三晶體管，其控制端接收該第一偏壓，且該第三晶體管的第一端耦接至該電源電壓；以及 一第四晶體管，其控制端接收該第二偏壓，該第四晶體管的第一端耦接至該第三晶體管的第二端，且該第四晶體管的第二端為第i個鏡射電流源的輸出端，其中該第一晶體管的長寬比例與該第三晶體管的長寬比例的比例為一鏡射比例，i為正整數(shù)且I彡i彡N。
14.如權(quán)利要求I所述的溫度感測裝置，其中該溫度運(yùn)算單元包括 一控制計數(shù)單元，用以逐步遞增計數(shù)該控制信號；以及 一比較器，其第一端耦接至該參考電壓輸出端，該比較器的輸出端耦接至該控制計數(shù)單元，該比較器的第二端耦接至該溫度電壓輸出端，該比較器于每次計數(shù)后比較該參考電壓及該溫度電壓的電位大小以產(chǎn)生一比較信號，其中，當(dāng)該比較信號反相時，該邏輯計數(shù)單元依據(jù)該次計數(shù)的該控制信號運(yùn)算產(chǎn)生該溫度信息。
全文摘要
一種溫度感測裝置，包括有帶隙電壓產(chǎn)生單元、N個鏡射電流源、溫度電壓產(chǎn)生單元及溫度運(yùn)算單元。鏡射電流源依據(jù)正溫度系數(shù)電流以鏡射出N個鏡射電流。溫度電壓產(chǎn)生單元依據(jù)一控制信號來設(shè)定鏡射電流源的導(dǎo)通數(shù)量M以產(chǎn)生一溫度電壓。溫度運(yùn)算單元逐步計數(shù)該控制信號，并于每次計數(shù)后比較帶隙電壓產(chǎn)生單元提供的參考電壓及溫度電壓之間的電位，以運(yùn)算產(chǎn)生一溫度信息。由此，溫度感測裝置可控制鏡射電流源的導(dǎo)通數(shù)量M來產(chǎn)生溫度電壓而不是采用串聯(lián)電阻，可降低其電路面積與噪聲的產(chǎn)生。
文檔編號G01K7/01GK102788647SQ20111013625
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者張浩彰, 鄭會怡, 鄭全福 申請人:凌陽科技股份有限公司