BR112016028619B1 - Sensor de temperatura de baixa potência e baixo custo - Google Patents

Sensor de temperatura de baixa potência e baixo custo Download PDF

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Abstract

SENSOR DE TEMPERATURA DE BAIXA POTÊNCIA E BAIXO CUSTO. São aqui descritos sistemas e métodos para detectar temperatura em um chip. Em uma modalidade, um sensor de temperatura compreende um primeiro transistor que tem uma porta, um segundo transistor que tem uma porta acoplada à do primeiro transistor e um circuito de polarização configurado para polarizar as portas dos primeiro e segundo transistores de modo que os primeiro e segundo transistores funcionem em uma sub-região de limite e para gerar uma corrente proporcional à diferença entre a tensão porta-fonte do primeiro transistor e a tensão porta-fonte do segundo transistor. O sensor de temperatura compreende também um conversor analógico-digital (ADC) configurado para converter a corrente em uma leitura de temperatura digital.

Description

ANTECEDENTES Campo
[0001] Os aspectos da presente revelação referem-se de maneira geral à detecção de temperatura e, mais especificamente, a sensores de temperatura.
Antecedentes
[0002] Uma série de sensores de temperatura pode ser integrada a um chip e utilizada para monitorar a temperatura em diversos locais no chip. As leituras de temperatura dos sensores podem ser alimentadas para um aparelho de gerenciamento de temperatura que gerencia circuitos (unidade central de processamento (CPU), por exemplo) no chip com base nas leituras de temperatura. Por exemplo, o aparelho de gerenciamento de temperatura pode gerenciar os circuitos com base nas leituras de temperatura de modo a impedir que a temperatura em um ou mais locais no chip se torne elevada demais, o que pode danificar potencialmente o chip. Neste exemplo, se uma leitura de temperatura se elevar acima de um limite de temperatura, então o aparelho de gerenciamento de temperatura pode tomar medidas para reduzir a temperatura (reduzir a frequência de um circuito, por exemplo).
SUMÁRIO
[0003] Em seguida é apresentado um sumário simplificado de uma ou mais modalidades da presente revelação, de modo a se obter um entendimento básico de tais modalidades. Este sumário não é uma vista panorâmica extensiva de todas as modalidades contempladas da revelação e não pretende identificar elementos-chave ou essenciais de todas as modalidades nem delinear o alcance de qualquer uma ou todas as modalidades. Sua única finalidade é a de apresentar alguns conceitos de uma ou mais modalidades em forma simplificada como uma introdução à descrição mais detalhada que é apresentada posteriormente.
[0004] De acordo com um primeiro ascendente, é aqui descrito um sensor de temperatura. O sensor de temperatura compreende um primeiro transistor que tem uma porta, um primeiro transistor, que tem uma porta acoplada à porta do primeiro transistor, e um circuito de polarização configurado para polarizar as portas dos primeiro e segundo transistor, de modo que os primeiro e o segundo transistores funcionem em uma sub-região de limite, a para gerar uma corrente proporcional à diferença entre a tensão porta-fonte do o primeiro transistor e a tensão porta-fonte do segundo transistor. O sensor de temperatura compreende também um conversor analógico-digital (ADC) configurado para converter a corrente em uma leitura de temperatura digital.
[0005] Um segundo aspecto refere-se a um método para detectar temperatura. O método compreende polarizar a porta de um primeiro transistor e a porta de um segundo transistor de modo que os primeiro e segundo transistores funcionem em um sub-região de limite, e gerar uma corrente proporcional à diferença entre a tensão porta- fonte do primeiro transistor e a tensão porta-fonte do segundo transistor. O método compreende também converter a corrente em uma leitura de temperatura digital.
[0006] Um terceiro aspecto refere-se a um equipamento para detectar temperatura. O equipamento compreende um dispositivo para polarizar a porta de um primeiro transistor e a porta de um segundo transistor de modo que os primeiro e segundo transistores funcionem em uma sub-região de limite, e um dispositivo para gerar uma corrente proporcional à diferença entre a tensão porta- fonte do primeiro transistor e a tensão porta-fonte do segundo transistor. O equipamento compreende também um dispositivo para converter a corrente em uma leitura de temperatura digital.
[0007] Um quarto aspecto refere-se a um sistema que compreende um sensor de temperatura e um aparelho de gerenciamento de temperatura. Um sensor de temperatura compreende um primeiro transistor, que tem uma porta, um segundo transistor, que tem uma porta acoplada à porta do primeiro transistor, e um circuito de polarização configurado para polarizar as portas dos primeiro e segundo transistores, de modo que os primeiro e segundo transistores funcionem em uma sub-região de limite, e para gerar uma corrente proporcional à diferença entre a tensão porta-fonte do primeiro transistor e a tensão porta-fonte do segundo transistor. O sensor de temperatura compreende também um conversor analógico-digital (ADC) configurado para converter a corrente em uma leitura de temperatura digital. O aparelho de gerenciamento de temperatura é acoplado ao sensor de temperatura e configurado para determinar a temperatura de um circuito com base na leitura de temperatura digital e para ajustar um ou mais parâmetros do circuito com base na temperatura.
[0008] Para a consecução das finalidades precedentes e conexas, a modalidade ou modalidades compreendem os recursos em seguida completamente descritos e assinalados especificamente nas reivindicações. A descrição seguinte e os desenhos anexos apresentam em detalhe determinados aspectos ilustrativos da modalidade ou modalidades. Estes aspectos indicam, contudo, apenas algumas das diversas maneiras pelas quais os princípios de diversas modalidades podem ser utilizados, e as modalidades descritas pretendem incluir todos estes aspectos que tais e seus equivalentes.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS
[0009] A Figura 1 mostra um sensor de temperatura de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0010] A Figura 2 mostra uma implementação exemplar de um circuito detector de temperatura que compreende transistores que funciona na sub-região de limite de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0011] A Figura 3 é um gráfico que mostra a corrente e a frequência no sensor de temperatura como uma função da temperatura de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0012] A Figura 4 mostra um exemplo de aparelho de gerenciamento de temperatura de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0013] A Figura 5 é um gráfico que mostra um exemplo de calibração de temperatura de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0014] A Figura 6 mostra um exemplo de sistema para calibrar o sensor de temperatura de acordo com uma modalidade da presente revelação.
[0015] A Figura 7 é um fluxograma de um método para detectar temperatura de acordo com uma modalidade da presente revelação.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0016] A descrição detalhada apresentada em seguida em conexão com os desenhos anexos pretende ser uma descrição de diversas configurações e não se destina a representar as únicas configurações nas quais os conceitos aqui descritos podem ser postos em prática. A descrição detalhada inclui detalhes específicos com a finalidade de proporcionar um entendimento completo dos diversos conceitos. Entretanto, será evidente aos versados na técnica que estes conceitos podem ser postos em prática sem estes detalhes específicos. Em alguns casos, estruturas e componentes notoriamente conhecidos são mostrados em forma de diagrama de blocos de modo a se evitar o obscurecimento de tais conceitos.
[0017] Uma série de sensores de temperatura pode ser integrada a um chip e utilizada para monitorar a temperatura em diversos locais no chip. Leituras de temperatura dos sensores podem ser alimentadas para um aparelho de gerenciamento de temperatura, que gerencia circuitos (como, por exemplo, uma unidade central de processamento (CPU), uma unidade de processamento de gráficos (GPU), um modem, etc.) no chip com base nas leituras de temperatura. Por exemplo, o aparelho de gerenciamento de temperatura pode gerenciar os circuitos com base nas leituras de temperatura de modo a impedir que a temperatura em um ou mais locais no chip se torne elevada demais, o que pode danificar potencialmente o chip. Neste exemplo, se a leitura de temperatura se elevar acima de um limite de temperatura, então o aparelho de gerenciamento de temperatura pode tomar medidas para reduzir a temperatura (reduzir a temperatura e/ou a tensão de alimentação de um circuito, por exemplo).
[0018] Sensores de temperatura bipolares podem ser utilizados para medir a temperatura em um chip. Um sensor de temperatura bipolar pode compreender dois transistores de junção bipolares (BJTs), nos quais a razão das correntes dos BJTs é fixa e uma leitura de temperatura é gerada com base nas tensões de emissor base dos BJTs. Sensores de temperatura bipolares tradicionais utilizam conversores analógico-digital (ADCs) sigma complexos, que consomem uma quantidade relativamente grande de energia e ocupam uma área relativamente grande de um chip. Além disto, estes sensores de temperatura exigem um trilho de fornecimento de energia, que fica tipicamente a uma tensão mais elevada que a tensão dos trilhos de fornecimento de energia utilizados para energizar a lógica digital (em uma CPU, por exemplo). Consequentemente, a colocação destes sensores de temperatura é restrita a áreas doa chips nos quais os trilhos de fornecimento analógicos estão disponíveis. Isto pode impedir que a colocação de um ou mais destes sensores em uma CPU obtenha uma leitura de temperatura precisa de um ponto quente na CPU.
[0019] Por conseguinte, são desejáveis sensores de temperatura de baixa potência pequenos. Além disso, são desejáveis sensores de temperatura que possam ser ligados por trilhos de fornecimento de energia utilizados para ligar lógica digital. Isto permitiria que os sensores de temperatura fossem colocados (embutidos) em um circuito (uma CPU, por exemplo) que compreende lógica digital.
[0020] A Figura 1 mostra um sensor de temperatura 100 de acordo com uma modalidade da presente revelação. O sensor de temperatura 100 compreende um circuito detector de temperatura 110 e um conversor analógico-digital (ADC) 130. O circuito detector de temperatura 110 é configurado para gerar uma corrente (denotada como “ITemp”) que é proporcional à temperatura, cadeia RF discutido mais adiante. O ADC 130 é configurado para converter a corrente ITemp do circuito detector de temperatura 110 em uma leitura de temperatura digital.
[0021] O circuito detector de temperatura 110 compreende um primeiro transistor N e um segundo transistor M ambos podendo ser transistores com efeito no campo, do tipo N (NFETs). As portas dos primeiro e segundo transistores N e M são acopladas entre si e polarizadas pela polarização de tensão Vbias. O circuito detector de temperatura 110 compreende também um resistor 120 acoplado entre a fonte do primeiro transistor N e a terra. A fonte do segundo transistor M é acoplada à terra. Sob um aspecto, o resistor 120 tem uma resistência que é aproximadamente invariante em temperatura dentro de uma faixa de temperatura de interesse e pode compreender um resistor de poli-silício ou outro tipo de resistor.
[0022] O circuito detector de temperatura 110 compreende também um circuito de polarização 115 acoplado aos drenos dos primeiro e segundo transistores N e M e às portas dos primeiro e segundo N e M. O circuito de polarização 115 é configurado para detectar a corrente (denotada como “IN1”) do primeiro transistor N, detectar a corrente (denotada como “IM1”) do segundo transistor M e ajustar a polarização de tensão Vbias nas portas dos primeiro e segundo N e M com base nas correntes detectadas. Mais especificamente, o circuito de polarização 115 ajusta a polarização de tensão Vbias de modo que a razão das correntes IN1 e IM1 dos primeiro e segundo transistores N e M seja aproximadamente constante (fixa) dentro da faixa de temperatura de interesse. Em um exemplo, a razão das correntes IN1 e IM1 pode ser aproximadamente igual a 1, conforme discutido mais adiante. O circuito de polarização 115 ajusta também a polarização de tensão Vbias de modo que o primeiro transistor N quanto o primeiro transistor M funcionem na sub-região de limite (isto é, a polarização de tensão Vbias fica abaixo das tensões de limite dos primeiro e segundo transistores N e M). O funcionamento dos primeiro e segundo transistores N e M nestas condições faz com que a corrente de cada um dos primeiro e segundo transistores N e M seja proporcional à temperatura, conforme explicado em seguida.
[0023] A corrente IN1 do primeiro transistor N na sub-região de limite pode ser dada aproximadamente por:
Figure img0001
onde IO é uma constante dependente do processo, WN é a largura de porta do primeiro transistor N, L é o comprimento de porta do primeiro transistor N, VGS_N é a tensão porta-fonte do primeiro transistor N e VT é a tensão térmica. O circuito de polarização 115 aciona o primeiro transistor N na sub-região de limite fixando a tensão de polarização Vbias abaixo da tensão de limite do primeiro transistor N. A tensão térmica VT é dada aproximadamente por:
Figure img0002
onde k é constante de Boltzmann, T é temperatura absoluta em Kelvins e q é a carga de elétrons. A tensão térmica VT é aproximadamente igual a 26 mV à temperatura ambiente e não deve ser confundida com a tensão de limite do primeiro transistor N.
[0024] A corrente IM1 do segundo transistor M na sub-região de limite pode ser dada aproximadamente por:
Figure img0003
onde IO é a constante dependente de processo, WM é a largura de porta do segundo transistor M. L é o comprimento de porta do segundo transistor M, e VGS_M é a tensão porta-fonte do segundo transistor M e VT é a tensão térmica. O circuito de polarização 115 aciona o segundo transistor M na sub-região de limite fixando a temporização Vbias abaixo da tensão de limite do segundo transistor M. A equação (3) supõe que os primeiro e segundo transistores N e M tenham o mesmo comprimento de porta L e a mesma constante dependente de processo IO. Pode se supor que os primeiro e segundo transistores N e M têm a mesma constante dependente de processo IO, uma vez que eles são fabricados no chip em proximidade íntima mútua.
[0025] Utilizando-se as equações (1) a (3), a diferença entre a tensão porta-fonte VGS_M do segundo transistor M e a tensão porta-fonte VGS_N do primeiro transistor N pode ser escrita de maneira seguinte:
Figure img0004
Conforme discutido acima, o circuito de polarização 115 ajusta a tensão de polarização Vbias nas portas dos primeiro e segundo transistores N e M de modo que a razão das correntes IM1 e IN1 seja aproximadamente constante dentro da faixa de temperatura de interesse. Assim, a razão das correntes IN1 e IM1 na equação (4) é aproximadamente constante. Além disto, a razão das larguras de porta WM e WN dos primeiro e segundo transistores N e M, a constante de Boltzmann k e a carga de elétrons q são todas aproximadamente constantes. Finalmente, a resistência R do resistor 120 é aproximadamente invariante em temperatura dentro da faixa de temperatura de interesse. Assim, todos os termos da equação (4) exceto a temperatura t são aproximadamente constantes dentro da faixa de temperatura de interesse. Conseqüentemente, a diferença entre as tensões porta-fonte dos primeiro e segundo transistores N e M é proporcional à temperatura e pode, portanto, ser utilizada para medir a temperatura. Sob um aspecto, a diferença entre as tensões porta-fonte dos primeiro e segundo transistores N e M é convertida em uma corrente que é proporcional temperatura, conforme discutido mais adiante.
[0026] A tensão de polarização Vbias aplicada às portas dos primeiro e segundo transistores N e M é igual a tensão porta-fonte VGS_M do segundo transistor M, uma vez que a fonte do segundo transistor M é ligada à terra. Assim, a tensão Vbias pode ser escrita de maneira seguinte:
Figure img0005
A tensão de polarização Vbias é também igual a soma da tensão porta-fonte VGS_N do primeiro transistor N e da queda de tensão através do resistor 120. A queda de tensão através do resistor 120 é igual a IN1 - R, onde R é a resistência do resistor 120. Assim, a tensão de polarização Vbias pode ser também escrita de maneira seguinte:
Figure img0006
Igualar os lados direitos das equações (5) e (6) resulta no seguinte:
Figure img0007
A Equação 7 pode ser reescrita de modo a se expressar a corrente IN1 do primeiro transistor N de maneira seguinte:
Figure img0008
Assim, a corrente IN1 do primeiro transistor N é igual à diferença entre as tensões porta-fonte dos primeiro e segundo transistores N e M dividia pela resistência R do resistor 120. Conforme discutido acima, a diferença entre as tensões porta-fonte dos primeiro e segundo transistores N e M é proporcional à temperatura. Assim, a corrente IN1 do primeiro transistor N é também proporcional à temperatura e pode, portanto, ser utilizada para medir a temperatura. A substituição da expressão para VGS_M - VGS_N na equação 4, na equação (8) resulta na expressão seguinte para a corrente IN1 do primeiro transistor N:
Figure img0009
Assim, a aplicação da diferença entre as tensões porta-fonte dos primeiro e segundo transistores N e M através do resistor 120 produz uma comunicar IN1 que é proporcional à temperatura.
[0027] Uma vez que a razão das correntes IN1 e IM1 dos primeiro e segundo transistores N e M é aproximadamente constante, a corrente IM1 do segundo transistor M é aproximadamente igual à corrente IN1 do primeiro transistor N multiplicada por uma constante. Consequentemente, a corrente IM1 do segundo transistor M é também proporcional à temperatura T e pode, portanto, ser também utilizada para medir a temperatura.
[0028] Em uma modalidade, o circuito de polarização 115 pode ajustar a tensão de polarização Vbias de modo que as correntes IN1 e IM1 dos primeiro e segundo transistores N e M sejam aproximadamente iguais, e neste caso a razão das correntes IN1 e IM1 é aproximadamente igual a 1. Consequentemente, a equação (9) se reduz ao seguinte:
Figure img0010
Nesta modalidade, a largura de porta WN do primeiro transistor N pode ser maior que a largura de porta WM do segundo transistor M. Isto permite que a tensão porta-fonte VGS_N do primeiro transistor N seja menor que a tensão porta-fonte VGS_M do segundo transistor M para acomodar a queda de tensão através do resistor 120 permitindo também assim que os primeiro e segundo transistores N e M tenham aproximadamente a mesma corrente.
[0029] Conforme discutido acima, o circuito de polarização 115 é configurado para gerar uma corrente ITemp que é proporcional à temperatura. Para fazê-lo, o circuito de polarização 115 pode gerar a corrente ITemp a partir da corrente IM1 do segundo transistor M utilizando um ou mais espelhos de corrente (mostrados na Figura 2). Em uma modalidade, a corrente ITemp pode ser proporcional à corrente IM1 do segundo transistor M. Uma vez que a corrente i,primeiro do segundo transistor M é proporcional à temperatura, a corrente ITemp é também proporcional à temperatura.
[0030] O circuito de polarização 115 fornece à corrente ITemp ao ADC 130, que converte a corrente ITemp em uma leitura de temperatura digital. A este respeito, o ADC 130 compreende um oscilador anular 135 e um contador digital 150. O oscilador anular 135 pode compreender um número impar de inversores 140 (1) a 140 (3) acoplados em uma cadeia de retardo, na qual a saída do último inversor 140 (3) na cadeia de retardo é acoplada à entrada do primeiro inversor 140 (1) na cadeia de retardo. Isto faz com que o oscilador anular 135 oscile a um,a frequência de oscilação que é inversamente proporcional ao retardo de tempo dos inversores 140 (1) a 140 (3). Embora o oscilador anular 135 compreenda três inversores no exemplo mostrado na Figura 1, deve ficar entendido que o oscilador anular 135 pode compreender qualquer número impar de inversores.
[0031] Os inversores 140 (1) a 140 (3) do oscilador anular 135 são polarizados pela corrente ITemp do circuito de polarização 115, conforme mostrado na Figura 1. Mais especificamente, o circuito de polarização 115 origina a corrente ITemp para o terminal de topo 137 do oscilador anular 135 e deposita a corrente ITemp do terminal de base 142 do oscilador anular 135. A corrente ITemp controla o retardo de tempo dos inversores 140 (1) a 140 (3) e, portanto, a frequência de oscilação do oscilador anular 135, conforme discutido mais adiante.
[0032] Sob um aspecto, a saída de cada inversor 140 (1) a 140 (3) é acoplada a um respectivo capacitor, em que o capacitor pode incluir um, capacitor (não mostrado) entre a saída do inversor e a entrada no inversor seguinte no oscilador anular 135 e/ou um capacitor de entrada (capacitor de porta, por exemplo) do inversor seguinte. Sob este aspecto, cada inversor transita de um estado lógico de saída baixo para um estado lógico de saída elevado carregando o respectivo capacitor e transita de um estado lógico de saída elevado para um estado lógico de saída baixo descarregando o respectivo capacitor. A corrente ITemp que flui para dentro dos inversores 140 (1) a 140 (3) do circuito de polarização 115 controla a velocidade com que cada inversor é capaz de carregar o respectivo capacitor, e a corrente ITemp que flui dos inversores 140 (1) a 140 (3) para dentro do circuito de polarização 115 controla a velocidade com que cada inversor é capaz de descarregar o respectivo capacitor. Assim, a corrente ITemp controla a velocidade com que os inversores 140 (1) a 140 (3) mudam de estados lógicos e, portando, o retardo de tempo dos inversores 140 (1) a 140 (3). Quanto mais elevada a corrente ITemp, mais rápido os inversores mudam de estado lógico e, portanto, mais curto o retardo de tempo dos inversores.
[0033] Sob este aspecto, o retardo de tempo dos inversores 140 (1) a 140 (3) pode ser aproximadamente inversamente proporcional à corrente ITemp do circuito de polarização 115. Uma vez que a frequência de oscilação do oscilador anular 135 é inversamente proporcional ao retardo de tempo dos inversores 140 (1) a 140 (3), a frequência de oscilação é aproximadamente proporcional à corrente ITemp do circuito de polarização 115. Conforme discutido acima, a corrente ITemp do circuito de polarização 115 é aproximadamente proporcional à temperatura. Consequentemente, a frequência de oscilação do oscilador anular 135 é aproximadamente proporcional à temperatura e pode, portanto, ser utilizada para medir a temperatura.
[0034] O contador digital 150 é acoplado à saída 145 do oscilador anular 135 e conta o número de ciclos de oscilação na saída 145 do oscilador anular 135. Por exemplo, o contador digital 150 pode contar o número de bordas em elevação ou o número de bordas em queda na saída 145 do oscilador anular 135 ao longo de um período de tempo, de modo a gerar um valor de contagem digital. O valor de contagem digital é proporcional à frequência de oscilação, que é, por sua vez, proporcional à temperatura. Assim, o valor de contagem digital é também proporcional à temperatura e portanto fornece uma leitura de temperatura digital.
[0035] Assim o oscilador anular 135 converte a corrente ITemp do circuito detector de temperatura 110 (que é proporcional à temperatura) em uma frequência, e o contador 150 converte a frequência em uma leitura de temperatura digital. A leitura de temperatura digital pode ser transmitida para um aparelho de gerenciamento de temperatura (mostrado na Figura 4), que pode gerenciar um ou mais circuitos no chip com base na leitura de temperatura.
[0036] A Figura 2 mostra uma implementação exemplo do circuito detector de temperatura 110 de acordo com uma modalidade da presente revelação. Para mais fácil exemplificação, o ADC 130 não é mostrado na Figura 2. Nesta modalidade, o circuito de polarização 115 compreende um primeiro espelho de corrente 210, um segundo espelho de corrente 220 e um terceiro espelho de corrente 230.
[0037] O primeiro espelho de corrente 210 compreende um transistor com efeito de campo do tipo P PFET 212 e um segundo PFET 214. As portas dos primeiro e segundo PFETs 212 e 214 são acopladas uma à outra, e a porta e o dreno do primeiro PFET 121 são acoplados entre si. O dreno do primeiro PFET 212 é acoplado ao dreno do primeiro transistor N, e o dreno do segundo PFET 214 é acoplado a uma primeira ramificação de corrente 240.
[0038] O segundo espelho de corrente 220 compreende um terceiro PFET 222, um quarto PFET 224 e um quinto PFET 226. As portas dos terceiro, quarto e quinto PFETs 222, 224 e 226 são acopladas entre si, e a porta e o dreno do quarto PFET 224 são acoplados entre si. O dreno do terceiro PFET 222 é acoplado a uma segunda ramificação de corrente 245, o dreno do quarto PFET 224 é acoplado ao dreno do segundo transistor M e o dreno do quinto PFET 226 à acoplado ao terminal de topo 137 do oscilador anular 135 (mostrado na Figura 1).
[0039] O terceiro espelho de corrente 230 compreende um primeiro NFET 232, um segundo NFET 234 e um terceiro NFET 236. As portas dos primeiro e segundo e terceiro NFETs 232, 234 e 236 são acopladas entre si, e a porta e o dreno do segundo NFET 234 são acoplados entre si. O dreno do primeiro NFET 232 é acoplado à primeira ramificação de corrente 240, o dreno do segundo NFET 234 é acoplado à segunda ramificação de corrente 245 e o dreno do terceiro NFET 236 é acoplado ao terminal de base 142 do oscilador anular 135(mostrado na Figura 1).
[0040] As operações do circuito de polarização 115 serão agora descritas de acordo com uma modalidade da presente revelação. Para facilitar a discussão, as operações do circuito de polarização 115 serão primeiro descritas utilizando-se o exemplo no qual o circuito de polarização 115 ajusta a tensão de polarização Vbias, de modo que as corrente IN1 e IM1 dos primeiro e segundotransistores N e M sejam aproximadamente iguais. Neste exemplo, os PFETs nos primeiro e segundo espelhos de corrente 210 e 220 podem ter aproximadamente as mesmas dimensões de porta, e os NFETs no terceiro espelho de corrente 230 pode ter aproximadamente as mesmas dimensões de porta. Além disto, os transistores nos espelhos de corrente 210, 220 e 230 podem funcionar na região ativa. Serão discutidas posteriormente as operações do circuito de polarização 115 para o caso mais geral no qual o circuito de polarização 115 ajusta a tensão de polarização Vbias de modo que a razão das correntes IN1 e IM1 seja aproximadamente constante.
[0041] Em funcionamento, o primeiro PFET 121 detecta a corrente IN1 do primeiro transistor N, e o segundo PFET 214 reproduz (espelha) a corrente na parte de topo da primeira ramificação de corrente 240 (isto é, acima do nó 250). A corrente de replica da parte de topo da primeira ramificação de corrente 240 é denotada como “IN2”. O quarto PFET 224 detecta a corrente IM1 do segundo transistor M, e o terceiro PFET 222 reproduz (espelha) a corrente na segunda ramificação de corrente 245. A corrente de réplica na segunda ramificação de corrente 245 é denotada como “IM2”. O segundo NFET 234 detecta a corrente de réplica IM2 do segundo transistor M na segunda ramificação de corrente 245, e o primeiro NFET 232 reproduz (espelha) a corrente na parte de base da primeira ramificação de corrente (isto é, abaixo do nó 250). A corrente de réplica na parte de base na primeira ramificação de corrente 240 é denotada como “IM3”.
[0042] Consequentemente, a corrente IN1 do primeiro transistor N é reproduzida (espelhada) na parte de topo da primeira ramificação de corrente 240 como corrente IN2, e a corrente IM1 do segundo transistor M é reproduzida (espelhada) na parte de base da primeira ramificação de corrente 240 como corrente IM3. Se as correntes IN2 e IM3 forem diferentes (isto é, as correntes IN1 e IM1 dos primeiro e segundo transistores N e M forem diferentes), então uma corrente igual à diferença flui para dentro ou fora do nó 250 dependendo de qual das correntes IN2 ou IM3 é maior. Esta corrente carrega ou descarrega o capacitor 255 acoplado às porta dos primeiro e segundo transistores N e M, fazendo com que a tensão de polarização Vbias se eleve ou caia. A tensão de polarização se altera em uma direção que reduz a diferença entre as correntes IN2 e IM3 e, consequentemente, a diferença entre as correntes IN1 e IM1 dos primeiro e segundo transistores N e M. Este mecanismo de realimentação ajusta a tensão de polarização Vbias de modo que as correntes IN1 e IM1 dos primeiro e segundo transistores N e M sejam aproximadamente iguais. Neste exemplo, ambas as correntes IN1 e IM1 dos primeiro e segundo transistores N e M são proporcionais à temperatura, em que cada corrente é aproximadamente dada pela equação (10) ao novo, supondo-se que ambos os transistores N e M estejam na sub-região de limite.
[0043] No exemplo acima, o circuito de polarização 115 utiliza os espelhos de corrente 210, 220 e 230 para ajustar a tensão de polarização Vbias de modo que as correntes IN e IM dos primeiro e segundo transistores N e M sejam aproximadamente iguais. O circuito de polarização 115 pode ajustar também a tensão de polarização Vbias para o caso mais geral no qual a razão das correntes s IN1 e IM1 é aproximadamente constante. Por exemplo, se a razão das correntes IN1/IM1 vier a ser aproximadamente igual m, então as larguras de porta dos transistores nos espelhos de corrente 210, 220 e 230 podem ser dimensionadas de modo que a corrente IM3 na primeira ramificação de corrente 240 seja igual a 1/m vezes a corrente IM1 do segundo transistor M. Isto pode ser feito tendo-se a largura de porta do primeiro NFET 232 igual a 1/m a largura de porta do segundo NFET 234. Neste exemplo, o circuito de polarização 115 ajusta a tensão de polarização Vbias de modo que as correntes IN2 e IM3 na primeira ramificação de corrente 240 sejam aproximadamente iguais. Uma vez que a corrente IN2 é aproximadamente igual à corrente IN1 do primeiro transistor N e a corrente IM3 é aproximadamente igual a 1/m vezes a corrente IM1 do segundo transistor M, isto faz com que a razão IM1/IN1 seja aproximadamente igual a m. Neste exemplo, ambas as correntes IN1 e IM2 dos primeiro e segundo transistores N e M são proporcionais à temperatura, em que a corrente IN1 do primeiro transistor N pode ser dada pela equação (9) e a corrente IM1 do segundo transistor M pode ser dada pela equação (9) multiplicada por m (supondo-se que ambos os transistores N e M estejam na sub-região de limite).
[0044] As dimensões de porta e/ou as tensões de limite dos transistores no circuito de polarização 115 podem ser escolhidas de modo que a tensão de polarização Vbias permaneça abaixo das tensões de limite dos primeiro e segundo transistores N e m através da faixa de temperatura de interesse (e consequentemente os primeiro e segundo transistores N e M permaneçam na sub-região de limite). Por exemplo, as larguras de porta dos primeiro e segundo transistores N e M podem ser muito maiores (pelo menos 10 vezes maiores, por exemplo) que as larguras de portas dos transistores nos espelhos de corrente 210, 220 e 230. Isto permite que os primeiro e segundo transistores N e M funcionem na sub-região de limite para níveis de corrente nos quais os transistores nos espelhos de corrente 210, 220 e 230 funcionam na região ativa. Alternativamente, ou além disto, os primeiro e segundo transistores N e M podem ter tensões de limite mais elevadas que as dos transistores nos espelhos de corrente 210, 220 e 230. Pelo acionamento dos primeiro e segundo transistores N e M na sub-região de limite, as correntes IN1 e IM1 dos primeiro e segundo transistores N e M são aproximadamente proporcionais à temperatura, conforme discutido acima.
[0045] O quinto PFET 226 no segundo espelho de corrente 220 reproduz (espelha) a corrente IM1 do segundo transistor M. A corrente de réplica resultante é utilizada para a corrente ITemp que flui para dentro do terminal de topo 137 do oscilador anular 135. O terceiro NFET 236 no terceiro espelho de corrente 230 reproduz (espelha) a corrente IN2 na segunda ramificação de corrente 245, que é uma réplica da corrente IM1 do segundo transistor M. Assim, a corrente de réplica fornecida pelo terceiro NFET 236 é aproximadamente igual à corrente IN1 do segundo transistor M. Esta corrente de réplica é utilizada para a corrente ITemp que flui para fora do terminal de base 142 do oscilador anular 135 para dentro do circuito de polarização 115 assim, nesta modalidade, a corrente ITemp fornecida pelo circuito de polarização 115 é aproximadamente igual à corrente IM1 do segundo transistor M. Uma vez que a corrente IM1 do segundo transistor M é proporcional à temperatura, a corrente ITemp fornecida pelo circuito de polarização 115 é também proporcional à temperatura. Isto permite que o ADc 130 converta a corrente ITemp em uma leitura de temperatura digital, conforme discutido acima.
[0046] O sensor de temperatura 100, de acordo com diversas modalidades da presente revelação apresenta uma ou mais das vantagens seguintes sobre os sensores de temperatura bipolares convencionais. Em primeiro lugar, o sensor de temperatura 100 pode ser muito menor e consumir muito menos energia que um sensor de temperatura bipolar. Isto permite que um número muito maior de sensores de temperatura seja colocado em um chip.
[0047] Além disto, o sensor de temperatura 100 pode ser ligado utilizando-se tensões de baixo fornecimento. Por exemplo, quando se fabricava utilizando-se um processo de 16-nm FinFET 1, o sensor de temperatura 100 pode ser ligado utilizando-se uma tensão de fornecimento de 0,79 volts. Consequentemente, o sensor de temperatura 100 pode ser ligado por um trilho de fornecimento de energia utilizado para lógica digital. Isto permite que o sensor de temperatura 100 seja embutido em, um circuito (CPU, por exemplo) que compreende lógica digital, por exemplo, para medir a temperatura de um ponto quente no circuito.
[0048] A Figura 3 é um diagrama que mostra um exemplo de corrente 310 e frequência 315 dentro de uma faixa de temperatura de 25,0C° (298K) a 125,0C° (398K) para um sensor de temperatura 100 de acordo com uma modalidade da presente revelação. Neste exemplo, a relação entre a corrente 310 (ITemp) e a temperatura é aproximadamente linear com uma inclinação aproximadamente igual a 2,118nA/graus. A corrente 310 é proporcional à temperatura absoluta (isto é, temperatura em Kelvins). Além disto, a relação entre a frequência 315 do oscilador anular 135 e a temperatura é aproximadamente linear, com uma inclinação aproximadamente igual a 1,579 MHz/graus. O contador 150 converte a frequência do oscilador anular 135 em um valor de contagem digital que é também linear com a temperatura. O valor de contagem digital fornece a leitura de temperatura digital transmitida pelo sensor de temperatura 100.
[0049] Conforme discutido acima, o sensor de temperatura 100 ponto de acesso utilizado em aplicativos de gerenciamento de temperatura. A este respeito, a Figura 4 mostra um sistema 405 que compreende o sensor de temperatura 100, uma fonte de relógio 415, um aparelho de gerenciamento de temperatura 410 e um circuito 420 (uma CPU, por exemplo). Deve ficar entendido que o sensor de temperatura 100 da Figura 4 não é desenhado em escala e pode ser muito menor que o circuito 420. O sistema 405 pode ser integrado no mesmo chip ou matriz.
[0050] A fonte de relógio 415 envia um sinal de relógio ao circuito 420, e o circuito 420 pode utilizar para amostragem de dados, processamento de dados, lógica digital de temporização, etc. A fonte de relógio 420 (malha com travamento de fases (PLL), por exemplo) é configurada para ajustar a frequência do sinal de relógio sob o controle do aparelho de gerenciamento de temperatura 410, conforme discutido mais adiante.
[0051] O sensor de temperatura 100 mede a temperatura do circuito 420 e transmite uma leitura de temperatura digital correspondente para o aparelho de gerenciamento de temperatura 410. O sensor de temperatura 100 pode ser localizado perto do circuito 420 ou embutido no circuito 420 de modo a se obter um a leitura de temperatura precisa do circuito 420. O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 gerencia a temperatura do circuito 420 ajustando a frequência do sinal de relógio com base na leitura de temperatura.
[0052] Por exemplo, quando a leitura de temperatura se eleva acima de um limite térmico, o aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode reduzir a frequência do sinal de relógio de modo a reduzir a temperatura. isto é porque a redução da frequência de relógio reduz o consumo de energia dinâmico do circuito 420, o que, por sua vez, reduz a temperatura. O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode reduzir então dinamicamente a frequência de relógio de modo a manter a leitura de temperatura perto do limite térmico. isto reduz ao mínimo o impacto sobre o desempenho do circuito, mantendo a temperatura do circuito 420 dentro de um limite seguro.
[0053] O limite térmico pode ser fixado com base em um ou mais fatores. Por exemplo, o limite térmico pode ser fixado abaixo de uma temperatura à qual o chip entra em fuga térmica. A fuga térmica ocorre quando aumentos na temperatura provocam aumentos na potência de vazamento, o que, por sua vez, provoca outros aumentos na temperatura. Quando o chip entra na fuga térmica, a temperatura do chip pode subir rapidamente, danificando potencialmente o circuito 420. Pela fixação do limite térmico abaixo da temperatura à qual o chip entra na fuga térmica, o aparelho de gerenciamento de temperatura 410 impede a ocorrência de fuga térmica.
[0054] O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode reduzir também a temperatura do circuito 420 utilizando outros métodos. Por exemplo, o aparelho de gerenciamento de temperatura pode reduzir a temperatura interrompendo o funcionamento do circuito 420. Neste exemplo, o sistema 405 pode compreender também uma fonte de alimentação 475 e um aparelho de alimentação 470 (um comutador de alimentação, por exemplo) entre o circuito 420 e a fonte de alimentação 475. O aparelho de alimentação 470 pode estar no mesmo chip do circuito 420, e a fonte de alimentação 475 pode ser externa ao chip. Quando o circuito 420 está no estado ativo, o aparelho de alimentação 470 conecta o circuito 420 à fonte de alimentação 475 de modo a ligar o circuito 420. Quando a leitura de temperatura se torna elevada demais (ultrapassa o limite térmico, por exemplo) o aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode comandar o aparelho de alimentação 470 para desconectar o circuito 420 da fonte de alimentação 475 de modo a desligar o circuito 420. O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode interromper o funcionamento do circuito 420, por exemplo, em casos extremos em que há um risco de a temperatura provocar danos graves ao circuito 420.
[0055] Em outro exemplo, o aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode reduzir a temperatura reduzindo a tensão de alimentação para o circuito 420. A redução da tensão de alimentação reduz a potência dinâmica e a potência de vazamento do circuito 420, o que, por sua vez, reduz a temperatura. Neste exemplo, a tensão de alimentação para o circuito 420 pode ser reduzida quando a frequência de relógio é reduzida. Isto é porque, quando a frequência de relógio é reduzida, as portas lógicas no circuito 420 podem funcionar a velocidades mais baixas. O que permite que as portas lógicas funcionem a uma tensão de alimentação mais baixa. Neste exemplo, quando o aparelho de gerenciamento de temperatura 410 reduz a frequência de relógio de modo a reduzir a temperatura, o aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode temperatura também a tensão de alimentação de modo a reduzir ainda mais a temperatura. Para fazê-lo, a fonte de alimentação 475 pode compreender um circuito integrado de gerenciamento de energia (PMIC) com uma tensão de alimentação programável. Neste exemplo, o aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode fixar a tensão de alimentação do PMIC enviando um comando de tensão ao PMIC. Assim, o aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode utilizar uma combinação de escalonamento de frequência e tensão para gerenciar a temperatura do circuito 420.
[0056] Embora um sensor de temperatura 100 seja mostrado na Figura 4 para facilitar a exemplificação, deve ficar entendido que o sistema 405 pode compreender uma série de sensores de temperatura. Por exemplo, o chip pode compreender uma série de circuitos (como, por exemplo, uma ou mais CPUs, uma unidade de processadores de gráficos (GPU), um modem, etc.). Neste exemplo, o sistema 405 pode compreender um ou mais sensores de temperatura para cada circuito. O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode gerenciar a temperatura de cada circuito com base nas leituras de temperatura dos respectivos sensor ou sensores de temperatura utilizando qualquer um dos métodos discutidos acima.
[0057] O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode também calibrar o sensor de temperatura 100 de modo a obter medições de temperatura mais precisas do sensor de temperatura 100. A relação entre o valor de contagem digital (leitura de temperatura digital) do contador 150 e a temperatura é aproximadamente linear e pode ser portanto aproximada por uma linha no diagrama contagem versus temperatura. Entretanto, a parte da linha no diagrama pode variar de sensor para sensor devido a variações de processo e/ou outros fatores. Para resolver isto, um procedimento de calibração pode ser executado para determinar a posição da linha para o sensor de temperatura 100.
[0058] A este respeito, a Figura 5 é um diagrama contagem versus temperatura que mostra um procedimento de calibração exemplar, de acordo com uma modalidade da presente revelação. O procedimento de calibração pode incluir aquecer de maneira uniforme o chip no qual o sensor de temperatura 100 é fabricado até uma primeira temperatura conhecida (denotada como “T1”). Por exemplo, o chip pode ser aquecido de maneira uniforme utilizando-se um aparelho de aquecimento externo, e a temperatura pode ser medida utilizando-se um sensor de temperatura externo de alta precisão (acoplado termicamente à superfície posterior do chip, por exemplo). O circuito 420 pode ser desligado durante este tempo. O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode ler então um primeiro valor de contagem correspondente (denotado como “count1”) do sensor de temperatura 100. Uma vez conhecida a primeira temperatura 1, isto fornece informações suficientes para determinar um primeiro ponto 520 no diagrama contagem versus temperatura para o sensor de temperatura 100.
[0059] O chip é aquecido em seguida até uma segunda temperatura conhecida (denotada como “T2”). O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode ler então um segundo valor de contagem correspondente (denotado como “count2”) do sensor de temperatura 100. Uma vez conhecida a segunda temperatura T2, isto fornece informações suficientes para determinar um segundo ponto 525 no diagrama contagem versus temperatura para o sensor de temperatura 100. Os primeiro e segundo pontos 520 e 525 fornecem informações suficientes para determinar a temperatura para outros valores de contagem. Isto é porque os outros valores de contagem são dispostos em uma linha 515 que intercepta os primeiro e segundo pontos 520 e 525 devido à relação linear entre o valor de contagem e a temperatura.
[0060] Assim, uma vez determinados os primeiro e segundo pontos 520 e 525 a temperatura para outros valores de contagem pode ser determinada utilizando-se interpolação linear. Nesta modalidade, os primeiro e segundo valores de contagem podem ser armazenados em uma memória no aparelho de gerenciamento de temperatura 410 e associados às primeiro e segundo temperaturas, respectivamente, na memória. O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode utilizar as informações armazenadas para o sensor de temperatura 100 de modo a determinar a temperatura para outros valores de contagem do sensor de temperatura 100 (utilizando interpolação linear, por exemplo).
[0061] No exemplo acima, a temperatura do chip é medida durante a calibração utilizando-se um sensor de temperatura externo. Em outro exemplo, a temperatura do chip pode ser medida durante a calibração utilizando um sensor de temperatura embutido preciso. A este respeito, a Figura 6 mostra um sistema 605 que compreende o sensor de temperatura 100, o aparelho de gerenciamento de temperatura 410 e um sensor de temperatura de calibração embutido 610. O sensor de temperatura de calibração embutido 610 pode compreender um sensor de temperatura bipolar ou outro tipo de sensor de temperatura embutido. Neste exemplo, o sensor de temperatura de calibração embutido 610 pode ser utilizado para calibrar muitos sensores de temperatura de acordo com as modalidades da presente revelação. O sistema 606 pode ser integrado ao mesmo chip.
[0062] Neste exemplo, o procedimento de calibração para o sensor de temperatura 100 pode incluir aquecer de maneira uniforme o chip até uma primeira temperatura (utilizando-se um aparelho de aquecimento externo, por exemplo). O sensor de temperatura de calibração embutido 610 pode medir a primeira temperatura e transmitir a leitura de temperatura correspondente para o aparelho de gerenciamento de temperatura 410. O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode ler então um primeiro valor de contagem correspondente do sensor de temperatura 100. O circuito 420 pode ser desligado durante este tempo. O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode armazenar então o primeiro valor de contagem e a primeira temperatura na memória, onde a primeira temperatura é fornecida pela leitura de temperatura do sensor de temperatura de calibração embutido 610.
[0063] O chip é entoa aquecido até uma segunda técnica. O sensor de temperatura de calibração embutido 610 pode medir a segunda temperatura e transmitir a leitura de temperatura correspondente para o aparelho de gerenciamento de temperatura 410. O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode ler então um segundo valor de contagem correspondente do sensor de temperatura 100. O circuito 420 pode ser desligado durante este tempo.O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode armazenar então o segunda valor de contagem e a segunda técnica na memória, onde a segunda temperatura é fornecida pela leitura de temperatura do sensor de temperatura de calibração embutido 610. O aparelho de gerenciamento de temperatura 410 pode utilizar então as informações armazenadas para o sensor de temperatura 100 de modo a determinar a temperatura para outros valores de contagem do sensor de temperatura 100 (utilizando interpolação linear, por exemplo) conforme discutido acima.
[0064] A Figura 7 é um fluxograma que mostra um método 700 para detectar temperatura, de acordo com uma modalidade da presente revelação. O método 700 pode ser executado pelo sensor de temperatura 100.
[0065] Na etapa 710 a porta de um primeiro transistor e a porta de um segundo transistor são polarizadas de modo que os primeiro e segundo transistores funcionem em uma sub-região de limite. Por exemplo, as portas dos primeiro e segundo transistores (os primeiro e segundo transistores N e M, por exemplo) podem ser polarizadas a uma tensão de polarização (Vbias, por exemplo) que está abaixo da tensão de limite dos primeiro e segundo transistores.
[0066] Na etapa 720, é gerada uma corrente proporcional à diferença entre a tensão porta-fonte do segundo transistor e a tensão porta-fonte do primeiro transistor. Por exemplo, a corrente ITemp pode ser gerada aplicando-se a diferença entre a tensão porta-fonte do segundo transistor e a tensão porta-fonte do primeiro transistor (VGS_M - VGS_N, por exemplo) através de um resistor (o resistor 120, por exemplo) em que a corrente gerada é proporcional à corrente que flui através do resistor.
[0067] Na etapa 730 a corrente é convertida em uma leitura de temperatura digital. Por exemplo, a corrente pode ser convertida em uma frequência por um oscilador controlado por corrente (o oscilador 135, por exemplo), e a frequência pode ser convertida na leitura de temperatura digital (valor de contagem digital, por exemplo) por um contador (o contador 150, por exemplo).
[0068] Os versados na técnica entenderiam que os diversos blocos, módulos, circuitos e etapas de algoritmos lógicos ilustrativos descritos em conexão com a presente revelação podem ser implementados como hardware eletrônico, software de computador ou combinações de ambos. Para ilustrar claramente esta intercambialidade de hardware e software, diversos componentes, blocos, módulos, circuitos e etapas ilustrativos foram descritos acima geralmente em termos de sua funcionalidade. Se tal funcionalidade é implementada como software ou hardware, depende da aplicação específica e das restrições de desenho impostas ao sistema como um todo. Os versados na técnica podem implementar a funcionalidade descrita de maneiras variáveis para a cada aplicação específica, mas tais decisões de implementação não devem ser interpretadas como provocando um afastamento do alcance da presente revelação.
[0069] Os diversos blocos, módulos e circuitos lógicos ilustrativos descritos em conexão com a presente revelação, podem ser implementados ou executados com um processador de propósito geral, um processador de sinais digitais (DSP), um circuito integrado específico de aplicativo (ASIC), um arranjo de portas programáveis no campo (FPGA) ou outro aparelho lógico programável (PLD), porta discreta ou lógica de transistor, componentes de hardware discretos ou qualquer combinação deles projetada para desempenhar as funções aqui descritas. Um processador de propósito geral pode ser um microprocessador, mas alternativamente, o processador pode ser qualquer processador, controlador, micro-controlador ou máquina de estados comercialmente disponível convencionais. Um processador pode ser também implementado como uma combinação de aparelhos de computação, como, por exemplo, uma combinação de DSP e microprocessador, uma série de microprocessadores, um ou mais microprocessadores em conjunto com um núcleo de DSP ou qualquer outra configuração que tal.
[0070] As etapas de método ou algoritmo descritas em conexão com a presente revelação podem ser corporificadas diretamente em hardware, em um módulo de software executado por um processador ou em uma combinação dos dois. Um módulo de software pode residir em memória RAM, memória ROM, memória flash, memória EPROM, memória EEPROM, registradores, disco rígido, disco removível, CD- ROM ou qualquer outra forma de meio de armazenamento conhecida na técnica. Um meio de armazenamento exemplar é acoplado ao processador de modo que o processador possa ler informações do, e gravar informações no, meio de armazenamento. Alternativamente, o meio de armazenamento pode ser integrante com o processador. O processador e o meio de armazenamento podem residir em um ASIC. O ASIC pode residir em um terminal de usuário. Alternativamente, o processador e o meio de armazenamento podem residir como componentes separados em um terminal de usuário.
[0071] Em um ou mais desenhos exemplares, as funções descritas podem ser implementadas em software, hardware, firmware ou qualquer combinação deles. Se implementadas em software, as funções podem ser armazenadas ou transmitidas como um ou mais instruções ou código em um meio passível de leitura por computador. Os meios passíveis de leitura por computador incluem tantos meios de armazenamento em computador quanto meios de comunicação que incluem qualquer meio que facilite a transferência de um programa de computador de um lugar para outro. Um meio de armazenamento pode ser qualquer meio disponível que possa ser acessado por um computador de propósito geral ou de propósito especial. A título de exemplo e não de limitação, tais meios passíveis de leitura por computador podem compreender RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM ou outro armazenamento em disco ótico, em disco magnético ou outros aparelhos de armazenamento magnético ou qualquer outro meio que possa ser utilizado para portar ou armazenar código de programa desejado sob a forma de instruções ou estruturas de dados e que possa ser acessado por um computador de propósito geral ou de propósito especial ou por um processador de propósito geral ou de propósito especial. Além disto, qualquer conexão é apropriadamente denominada de meio passível de leitura por computador. Por exemplo, se o software for transmitido de um site da Web, servidor ou outra fonte remota utilizando-se um cabo coaxial, cabo de fibra ótica, par trançado, linha de assinante digital (DSL) ou tecnologias sem fio, tais como infravermelho, rádio e microonda, então o cabo coaxial, o cabo de fibra ótica, o par trançado, a DSL ou tecnologias sem fio tais como infravermelho, rádio e microonda são incluídos na definição de meio. Disco, conforme aqui utilizado, inclui disco compacto (CD), disco de laser, disco ótico, disco versátil digital (DVD), disco flexível e disco Blu-ray onde discos (disks) reproduzem usualmente dados magneticamente, enquanto discos (discs) reproduzem dados oticamente com lasers. Combinações dos elementos acima devem ser também incluídas dentro do alcance dos meios passíveis de leitura por computador.
[0072] A descrição anterior da revelação é apresentada para permitir que qualquer pessoa versada na técnica fabrique ou utilize a revelação. Diversas modificações na revelação serão prontamente evidentes aos versados na técnica, e os princípios genéricos aqui definidos podem ser aplicados a outras variações sem que se abandone o espírito ou alcance da revelação. Assim, a revelação não se destina a estar limitada aos exemplos e desenhos aqui descritos, mas deve receber o mais amplo alcance compatível com os princípios e recursos inéditos aqui revelados.

Claims (15)

1. Sensor de temperatura caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro transistor que tem uma porta; um segundo transistor que tem uma porta acoplada à porta do primeiro transistor; um circuito de polarização configurado para polarizar as portas do primeiro e segundo transistores de modo que o primeiro e segundo transistores operem em uma região de sub-limite, e para gerar uma corrente de saída proporcional à diferença entre a tensão porta-fonte do primeiro transistor e a tensão porta-fonte do segundo transistor; um capacitor (255) acoplado às portas do primeiro e segundo transistores e acoplado ao circuito de polarização, em que o capacitor é configurado para receber a corrente de saída gerada pelo circuito de polarização de modo a reduzir a diferença entre as correntes do primeiros e segundo transistores; um oscilador configurado para converter a corrente de saída em uma frequência, em que o oscilador compreende uma pluralidade de inversores polarizados pela corrente de saída; e um contador configurado para converter a frequência em uma leitura de temperatura digital.
2. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um resistor acoplado a uma fonte do segundo transistor, em que a diferença entre a tensão porta-fonte do primeiro transistor e a tensão porta-fonte do segundo transistor é aplicada através do resistor, e a corrente de saída gerada é proporcional a uma corrente que flui através do resistor.
3. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de polarização é configurado para polarizar as portas do primeiro e segundo transistores de modo que uma razão de uma corrente do primeiro transistor e uma corrente do segundo transistor é aproximadamente constante sobre uma variação de temperatura, em que a razão é aproximadamente igual a um.
4. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de polarização compreende um primeiro espelho de corrente (210), um segundo espelho de corrente (220), e um terceiro espelho de corrente (230), em que o primeiro espelho de corrente (210) compreende um primeiro transistor de efeito de campo PFET do tipo P (212) e um segundo PFET (214), em que o segundo espelho de corrente (220) compreende um terceiro PFET (222), um quarto PFET (224), e um quinto PFET (226), em que o terceiro espelho de corrente (230) compreende um primeiro NFET (232), um segundo NFET (234), e um terceiro NFET (236).
5. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a largura de porta do primeiro e segundo transistores é maior do que a largura de porta dos transistores no espelho de corrente (210, 220, 230).
6. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a largura da porta do primeiro e segundo transistores é 10 vezes maior do que a largura de porta dos transistores no espelho de corrente (210, 220, 230).
7. Sensor de temperatura, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro e segundo transistores possuem limites de tensão mais altos do que os transistores nos espelhos de corrente (210, 220, 230).
8. Método para detectar temperatura, caracterizado pelo fato de que compreende: polarizar uma porta de um primeiro transistor e uma porta de um segundo transistor de modo que o primeiro e segundo transistores operem em uma região de sub-limite, gerar uma corrente de saída proporcional à diferença entre a tensão porta-fonte do primeiro transistor e a tensão porta-fonte do segundo transistor; receber a corrente de saída por um capacitor acoplado às portas do primeiro e segundo transistores de modo a reduzir a diferença entre as correntes do primeiro e segundo transistores; converter a corrente de saída em uma frequência utilizando um oscilador, em que o oscilador compreende uma pluralidade de inversores polarizados pela corrente de saída; e converter a frequência em uma leitura de temperatura digital.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que gerar a corrente de saída compreende aplicar a diferença entre tensão porta-fonte do primeiro transistor e a tensão porta-fonte do segundo transistor através de um resistor, em que a corrente de saída gerada é proporcional à corrente que flui através do resistor.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a corrente de saída gerada é aproximadamente igual à corrente que flui através do resistor.
11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda polarizar as portas do primeiro e segundo transistores de modo que a razão da corrente do primeiro transistor e a corrente do segundo transistor seja aproximadamente constante dentro de uma faixa de temperatura, em que a razão é aproximadamente igual a 1.
12. Sistema caracterizado pelo fato de que compreende: o sensor de temperatura conforme definido na reivindicação 1; e um dispositivo de gerenciamento de temperatura acoplado ao sensor de temperatura, em que o dispositivo de gerenciamento de temperatura é configurado para determinar uma temperatura de um circuito com base na leitura de temperatura digital, e para ajustar um ou mais parâmetros do circuito com base na temperatura.
13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o sensor de temperatura compreende ainda um resistor acoplado a uma fonte do segundo transistor, em que a diferença entre a tensão porta-fonte do primeiro transistor e a tensão porta-fonte do segundo transistor é aplicada através do resistor, e a corrente de saída gerada é proporcional a uma corrente que flui através do resistor.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o circuito de polarização é configurado para polarizar as portas do primeiro e do segundo transistores de modo que uma razão entre uma corrente do primeiro transistor e uma corrente do segundo transistor é aproximadamente constante sobre uma faixa de temperatura.
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de gerenciamento de temperatura é configurado para receber primeiro e segundo valores de contagem a partir do sensor de temperatura, e primeira e segunda leituras de temperatura a partir de um segundo sensor de temperatura, para gerar informação de calibração para o sensor de temperatura através da associação do primeiro valor de contagem com a primeira leitura de temperatura, e associando o segundo valor de contagem com a segunda leitura de temperatura, e armazenar a informação de calibração em uma memória, em que o dispositivo de gerenciamento de temperatura é configurado para determinar a temperatura com base no valor de contagem digital utilizando a informação de calibração, em que o segundo sensor de temperatura compreende um sensor de temperatura com base bipolar.
BR112016028619-7A 2014-06-09 2015-05-18 Sensor de temperatura de baixa potência e baixo custo BR112016028619B1 (pt)

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