確定晶體管的溫度的電路和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及確定晶體管的溫度的電路和方法。公開了用于測量晶體管的溫度的電路和方法。該方法的實施例包括將電流提供到電路中，其中電路連接到晶體管。可變電阻連接在晶體管的基極和集電極之間。該電路具有第一模式和第二模式，其中第一模式中的電流流入晶體管的基極并且經(jīng)過電阻，而第二模式中的電流流入晶體管的發(fā)射極。使用不同的電阻設(shè)置測量第一模式和第二模式兩者中的電壓?；诓煌碾妷褐g的差來計算晶體管的溫度。
【專利說明】確定晶體管的溫度的電路和方法
【背景技術(shù)】
[0001]在電路中使用某些晶體管來提供帶隙電壓基準(zhǔn)和溫度傳感器。在帶隙基準(zhǔn)中，晶體管被用來產(chǎn)生與溫度無關(guān)的恒定電壓。溫度傳感器電路使用來自晶體管中的PN結(jié)的電壓來測量溫度。溫度傳感器電路需要在不同電流密度下對晶體管進(jìn)行電壓測量。因為增益(其有時被稱為β (beta)值)會隨電流密度而變化，所以帶隙和溫度傳感器電路可能不精確。對于具有低β值的超深亞微米CMOS (互補金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管，此問題尤其普遍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]本發(fā)明公開了測量晶體管的溫度的方法和電路。該方法的實施例包括將電流提供到電路中，其中電路連接到晶體管?？勺冸娮膺B接在晶體管的基極和集電極之間。該電路具有第一模式和第二模式，其中第一模式中的電流流入晶體管的基極并且經(jīng)過電阻，并且第二模式中的電流流入晶體管的發(fā)射極。使用不同的電阻設(shè)置測量第一模式和第二模式兩者中的電壓。基于不同的電壓之間的差來計算晶體管的溫度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]圖1是使用測得的晶體管的基極-發(fā)射極電壓測量溫度的電路的示意圖。
[0004]圖2是在不同電流密度下測量晶體管的β的電路的示意圖。
[0005]圖3是描述使用來自圖2的電路的測量計算β補償因子的方法的流程圖。
[0006]圖4是使用測得的晶體管的基極-發(fā)射極電壓測量溫度的另一電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0007]本文描述測量晶體管的β (beta)或者增益的電路和方法。通過精確地測量β，可以精確地測量晶體管的溫度。精確的溫度測量使晶體管能夠被使用在精準(zhǔn)的帶隙電壓發(fā)生器和其他應(yīng)用中。
[0008]在晶體管被使用在溫度傳感器或帶隙基準(zhǔn)電路中時，晶體管的β值是非常關(guān)鍵的。更具體地，晶體管的β的微小變化將導(dǎo)致PTAT (與絕對溫度成比例)電壓的變化，PTAT電壓的變化將影響溫度感測和帶隙基準(zhǔn)電路。本文描述的電路和方法在不同電流密度下測量或者提取晶體管(例如PNP晶體管)的β。β測量值被用來產(chǎn)生β補償因子，β補償因子可以被用來建立非常精確的PTAT電壓。精確的PTAT電壓用于精確的溫度測量。如上所述，精確的溫度測量使電路能夠產(chǎn)生精確的帶隙電壓。該電路和方法可以被使用在被偏置在不同電流密度下時的低β PNP器件中，以建立非常精確的帶隙電壓和溫度測量。
[0009]參考圖1，其示出用于描述晶體管Ql中的β變化的電路100。電路100可以被用于測量晶體管Ql的溫度。電路100包括兩個電流源，即第一電流源Il和第二電流源12。第二電流源12產(chǎn)生電流Ibias并且第一電流源Il產(chǎn)生電流N (IBIAS)，其中N為乘數(shù)。第一電流源Il產(chǎn)生的電流是第二電流源12的電流的N倍，或者電流Ibias的N倍。[0010]第一電流源Il連接到第一開關(guān)SWl并且第二電流源12連接到第二開關(guān)SW2。開關(guān)SW1、SW2的輸出端在節(jié)點NI處連接在一起。晶體管Ql的發(fā)射極連接到節(jié)點NI。晶體管Ql的基極和集電極返回接地。晶體管Ql可以是位于半導(dǎo)體管芯中的低PCMOS晶體管。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 102的輸入端連接到節(jié)點NI。應(yīng)該注意到，可以用電壓表或者其他電壓測量器件來代替ADC102。在本文所述的實施例中，ADC102的輸出是針對兩個電流值(Ibias和Ibias的N倍)的基極-發(fā)射極電壓之間的差的數(shù)字表示，其被稱為AVBE。
[0011]現(xiàn)在描述電路100的操作。晶體管Ql的集電極中的電流等于基極電流和發(fā)射極電流之間的差。第一開關(guān)SWl或第二開關(guān)SW2在操作期間被閉合，這將以Ibias電流或N(Ibias)電流來驅(qū)動晶體管Ql的發(fā)射極。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)SWl閉合時，基極-發(fā)射極電壓Vbe由ADC102基于流經(jīng)晶體管Ql的電流N(Ibias)進(jìn)行采樣。此電壓有時被稱為電SVBE1。當(dāng)?shù)诙?SW2閉合時，ADC102基于流經(jīng)晶體管Ql的電流Ibias對電壓Vbe進(jìn)行采樣。此電壓有時被稱為電壓VBE2。電壓Vbei和Vbe2之間的差是電壓AVbe,并且可以被積分。
[0012]當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)SWl閉合時，基于如下等式I來計算集電極電流Ia產(chǎn)生的電壓Vbei:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量晶體管的溫度的方法，所述方法包括: 提供電流到電路中，其中所述電路連接到所述晶體管，可變電阻連接在所述晶體管的基極和集電極之間，所述電路具有第一模式和第二模式，所述第一模式中的電流流入所述晶體管的基極并且經(jīng)過所述電阻，所述第二模式中的電流流入所述晶體管的發(fā)射極； 設(shè)置所述可變電阻為第一電阻值； 當(dāng)所述電路在所述第一模式時，測量所述可變電阻兩端的第一電壓； 當(dāng)所述電路在所述第二模式時，測量所述可變電阻兩端的第二電壓； 設(shè)置所述可變電阻為第二電阻值； 當(dāng)所述電路在所述第一模式時，測量所述可變電阻兩端的第三電壓； 當(dāng)所述電路在所述第二模式時，測量所述可變電阻兩端的第四電壓； 基于所述第一電壓和所述第二電壓之間的差以及所述第三電壓和所述第四電壓之間的差計算所述溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計算包括: 基于所述第一電壓和所述第二電壓之間的差計算第一 β值；以及 基于所述第三電壓和所述第四電壓之間的差計算第二 β值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一β值等于:
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述計算包括計算β補償因子，其中所述β補償因子與以下量值成比例:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述溫度與所述β補償因子成反比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溫度與所述第一電壓和所述第二電壓之間的差以及所述第三電壓和所述第四電壓之間的差成正比。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計算包括: 將電壓差計算為所述第一電壓和所述第二電壓之間的差以及所述第三電壓和所述第四電壓之間的差；以及 將所述電壓差除以β補償因子，其中所述β補償因子與以下量值成比例:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括: 設(shè)置所述可變電阻為第三電阻值； 當(dāng)所述電路在所述第一模式時，測量所述可變電阻兩端的第五電壓； 當(dāng)所述電路在所述第二模式時，測量所述可變電阻兩端的第六電壓； 設(shè)置所述可變電阻為第四電阻值； 當(dāng)所述電路在所述第一模式時，測量所述可變電阻兩端的第七電壓； 當(dāng)所述電路在所述第二模式時，測量所述可變電阻兩端的第八電壓； 其中所述計算包括基于所述第一電壓和所述第二電壓之間的差、所述第三電壓和所述第四電壓之間的差、所述第五電壓和所述第六電壓之間的差以及所述第七電壓和所述第八電壓之間的差計算所述溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述溫度與以下量值成比例: 第一電壓差和第二電壓差乘以因子，所述第一電壓差等于:

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述計算包括計算: 第一 β值，其等于所述第一電壓和所述第二電壓之間的差除以所述第二電壓； 第二 β值，其等于所述第三電壓和所述第四電壓之間的差除以所述第四電壓； 第三β值，其等于所述第五電壓和所述第六電壓之間的差除以所述第五電壓； 第四β值，其等于所述第七電壓和所述第八電壓之間的差除以所述第七電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述計算包括計算: 第一 β補償因子和第二 β補償因子，其中所述第一 β補償因子與以下量值成比例:
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述溫度與所述第一β補償因子和所述第二β補償因子成反比。
13.一種用于測量晶體管的溫度的電路，所述電路包括: 電流源； 第一開關(guān)，其連接在所述電流源和所述晶體管的發(fā)射極之間； 第二開關(guān)，其連接在所 述電流源和所述晶體管的基極之間； 節(jié)點，其連接到所述晶體管的基極和所述第一開關(guān)； 電壓檢測器，其連接到所述第一節(jié)點； 可變電阻，其串聯(lián)連接在所述節(jié)點和公共電壓之間； 其中所述晶體管的集電極連接到所述公共電壓；以及 其中當(dāng)所述第一開關(guān)閉合時，所述第二開關(guān)打開，并且當(dāng)所述第一開關(guān)打開時，所述第二開關(guān)閉合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中所述可變電阻包括: 多個電阻器，其串聯(lián)連接在所述節(jié)點和所述公共電壓之間；以及 多個第三開關(guān)，其連接在所述多個電阻器的結(jié)中的至少一個和所述節(jié)點之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中所述多個電阻器包括四個電阻器，第一電阻器連接到第二電阻器，所述第二電阻器連接到第三電阻器，并且所述第三電阻器連接到第四電阻器；所述第二電阻器的值是所述第一電阻器的值的兩倍；以及所述第四電阻器的值是所述第三電阻器的值的兩倍。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中所述公共電壓是地。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中所述電路可操作以: 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第一電壓；以及 當(dāng)所述第一開關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第二電壓； 改變所述節(jié)點和所述公共電壓之間的電阻值； 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第三電壓；以及 當(dāng)所述第一開關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第四電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其中所述溫度與所述第一電壓和所述第二電壓之間的差以及所述第三電壓和所述第四電壓之間的差成比例。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中所述電路可操作以: 設(shè)置所述可變電阻為第一值； 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第一電壓；以及 當(dāng)所述第一開關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第二電壓； 將所述可變電阻改變?yōu)榈诙?；?dāng)?shù)谝婚_關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第三電壓；以及 當(dāng)所述第一開關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第四電壓； 將所述可變電阻改變?yōu)榈谌担? 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第五電壓；以及 當(dāng)所述第一開關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第六電壓； 將所述可變電阻改變?yōu)榈谒闹担? 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第七電壓；以及 當(dāng)所述第一開關(guān)打開并且所述第二開關(guān)閉合時，測量所述節(jié)點處的第八電壓。
20.一種用于測量PNP晶體管的溫度的電路，所述電路包括: 電流源，其具有輸出端； 第一開關(guān)，其連接在所述電流源的輸出端和所述晶體管的發(fā)射極之間； 第二開關(guān)，其連接在所述電流源的輸出端和所述晶體管的基極之間； 節(jié)點，其連接到所述晶體管的基極和所述第一開關(guān)； 電壓檢測器，其連接到所述第一節(jié)點； 多個電阻器，其串 聯(lián)連接在所述節(jié)點和地之間；以及 多個第三開關(guān)，其連接在所述多個電阻器的結(jié)中的至少一個和所述節(jié)點之間； 其中所述晶體管的集電極接地；以及 其中當(dāng)所述第一開關(guān)閉合時，所述第二開關(guān)打開，并且當(dāng)所述第一開關(guān)打開時，所述第二開關(guān)閉合。
【文檔編號】G01K7/00GK103674299SQ201310399919
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月5日
【發(fā)明者】M·K·阿史, K·納咖拉杰, P·金姆耳曼, S·吳 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司