CN101871820A

CN101871820A - 提供温度与数字码间线性关系的方法

Info

Publication number: CN101871820A
Application number: CN201010165137.4A
Authority: CN
Inventors: 隋彧文; 陈建宏
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2030-04-22
Also published as: US20100271246A1; US9086330B2; US20130272340A1; TWI431259B; KR101258319B1; JP2010256355A; KR20100116559A; US8475039B2; TW201107726A; CN101871820B; JP5329474B2

Abstract

一种提供温度与数位数字码间线性关系的方法，该方法包括提供对应至一温度的一第一电压；提供一第二电压，其以多个数字码作为输入；以及利用该第一电压与该第二电压识别对应该温度的一数字码；其中多个该温度大体与所述多个数字码呈线性关系。

Description

提供温度与数字码间线性关系的方法

技术领域

本发明涉及提供数字码与温度间线性关系的方法。各种实施例应用于温度感测器之中。

背景技术

温度感测器可用来监控中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、绘图处理单元(Graphics Processing Unit，GPU)、微处理(Micro Processing Unit，MPU)、单芯片系统(System On Chip，SOC)等电子元件的温度。当温度超出预设临界值时，感测器可发出警报告知电路降低运作速度，甚至关闭其运作以减少功率消耗而降低温度，进而避免元件因过热而发生结构损坏。

一般来说，温度感测器包括参考电路与温度测量电路，其温度相依性不是与绝对温度有正关系(proportional to absolute temperature，PTAT)就是与绝对温度有互补关系(Complementary to absolute temperature，CTAT)。正比于绝对温度，表示其具有正温度系数，测量电路输出的电压随温度上升而增加；互补于绝对温度，表示其具有负温度系数，测量电路输出的电压随温度上升而降低。此外，可使用一数字至模拟转换器(digital to analog converter，DAC)型温度感测器，其采用比较PTAT电压与CTAT基射电压的方式运作。然而，此方法的DAC码与温度间存在非线性的问题，此即表示，该方法无法在大的温度范围下保持良好线性关系，使得温度测量的准确性不佳。

某些技术涉及CTAT电压，其比较电压会在设计的温度范围中以高温度系数变动。当比较电压为PTAT时，此方法本质上就会造成DAC码相对温度的非线性，而且，在没有其他温度校正措施(例如多点校正技术)的情况下，会有不良的温度测量准确度。为了达到更好的DAC码对温度线性度，其他技术试图将比较电压(或参考电压)的曲线平行化，但是，由于所述多个曲线实际上无法彼此平行，所以这些技术是不成功的。该等公知技术也因此遭受温度测量不准确的问题。

发明内容

本发明提供一种方法，包括提供对应至一温度的一第一电压；提供一第二电压，其以多个数字码作为输入；以及利用该第一电压与该第二电压识别对应该温度的一数字码；其中多个该温度大体与所述多个数字码呈线性关系。

本发明另提供一种方法，包括：提供一第一电压，其与温度相依；以及提供一第二电压，具有不显著的温度系数，并以多个数字码为其输入；其中在一识别的温度下，若该第一电压不等于该第二电压，则调整一数字码直到该第一电压大致相等于该第二电压；以使该识别的温度对应至该数字码；多个该识别的温度大致与所述多个数字码线性相关。

本发明另提供一电路，包括一第一电路，用以产生对应至一温度的一第一电压；以多个数字码作为输入而产生一第二电压；以及使用该第一电压与该第二电压以识别对应至该温度的一数字码；一改变手段，以改变一数字码的方式改变一数字至模拟电流与一数字至模拟电阻值中的一者或两者的组合以改变该第二电压；其中多个该温度大致与所述多个数字码呈线性关系。

附图说明

图1为CTAT型的比较器100的实施例。

图2为本发明中VCTAT、VCMP与温度T间的关系图表200。

图3以线条310指出温度T与VCTAT相关DAC码C间的关系图300。

图4为依据本发明第1实施例的电路400。

图5为依照第二实施例的电路500。

图6为本发明一实施例的PTAT型比较器600。

图7为依据本发明一实施例的一图表700用以说明VPTAT、VCMP与温度T间的关系。

图8为一图表800，其以线条810表示在PTAT型实施例中温度T与DAC码C间的关系。

图9为本发明实施例中用以产生VPTAT的电路900。

图10为电路1000，用以说明DAC晶体管M4的实施例。

图11为晶体管M4开启或关闭次数与值L的对应表1100。

图12为一图表120，用以说明图10中数字码与信号CT间的关系。

并且，上述附图中的附图标记说明如下：

100～比较器；

110、120～线路；

V_CMP～比较电压；

V_CTAT～参考电压；

310～线条；

M₁、M₂晶体管；

A₁～放大器；

I_M1、I_M2～电流；

NODE₁～节点1；

NODE₂～节点2；

R₂₁、R₂₂～电阻器；

R₃～DAC电阻器；

I_M4～DAC电流；

C_OUT～合成信号。

具体实施方式

本发明的实施例关于一种能够提供温度与数字码间线性关系的方法。可在温度感测器中应用各种实施例。在某些实施例中，在特定温度下(例如半导体装置的操作温度)，感测器中的一电路(例如温度感测电路)可将一温度相依性参考电压(例如V_CTAT)与一比较电压(例如V_CMP)提供至比较器。V_CTAT以互补于绝对温度的方式与温度相依。比较电压V_CMP则以DAC码为输入而产生。若V_CTAT与V_CMP相等(例如大体相等)时，则比较器会输出信号表示该事实(例如以逻辑高态表示)。若V_CTAT与V_CMP并不相等时，则会将比较器输出提供至另外的电路(例如一校正电路)，该电路会改变该DAC码直到V_CTAT与V_CMP两者相等为止。实际上，在一特定时点，温度感测电路所感测的温度对应到当V_CTAT与V_CMP相等时的DAC码。在各实施例中，各温度感测电路所感测的温度与DAC码大体呈线性相关。其他实施例中亦包括电压与绝对温度呈正比关系的情形。

下文将说明本发明的实施例的特征与优点。实施例中的温度感测电路可与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺的半导体电路整合。温度与DAC码间的线性度会提升温度感测电路的准确性，使温度容易被校准，进而得到精准的温度感测结果。

下文为介绍本发明的最佳实施例。各实施例用以说明本发明的原理，但非用以限制本发明。任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。本发明中在各实施例中将重复使用某些数字，但其仅为简化说明，并非表示各实施例间必然存在何种关系。

电压以互补于绝对温度(V_CTAT)的方式与温度相依

图1为CTAT型的比较器100的实施例。线路110上的参考电压V_CTAT与线路120上的比较电压V_CMP由下述电路(例如温度感测电路)所产生。比较器100的比较电压V_CMP与V_CTAT，并提供线路130上的合成信号C_OUT。在各实施例中，V_CMP为一电压，其会在大温度范围上以非常小且不明显的温度系数变动。此外，各V_CMP值以DAC(数字至模拟转换器)码作为输入而产生。V_CTAT为一绝对温度互补型(complementary to absolute temperature，CTAT)参考电压，并在一对应温度下由温度感测电路产生。举例而言，在一应用中，该温度感测电路可为半导体装置(例如CPU)中一感测器的一部分。操作上，CPU所承受的特定温度(例如运作温度)同样被温度感测电路所感测，而V_CTAT即以此温度为输入而产生。在某些实施例中，V_CMP起先低于V_CTAT，而C_OUT为假值(具有低逻辑)。之后V_CMP增加至稍高于(大体相等于)V_CTAT，而C_OUT为真值(具有高逻辑)。当V_CMP低于V_CTAT时，则信号C_OUT将供应至其他电路(例如一校正电路，图未示)，该电路可改变DAC码进而改变V_CMP，直到V_CMP稍高于(大体相等于)V_CTAT。实际上，当V_CMP与V_CTAT相等时，则CPU与温度感测电路所承受的温度(例如温度T₀)亦温度感测电路提供V_CTAT时的温度。此外，此温度T₀对应至一DAC码，例如DAC码C₀。在各实施例中，温度感测电路提供V_CTAT时的温度与DAC码大体为线性相关。本领域普通技术人员可了解到，当温度与DAC码大体相关时，其在二维轴上的关系图即为一直线。

V_CTAT，V_CMP与对应温度

图2为本发明中V_CTAT、V_CMP与温度T间的关系图表200。各线条L_VCMP(包括L_VCMP0、L_VCMP1、L_VCMPN等)表示在以一特定DAC码作为输入以产生V_CMP时，电压V_CMP与温度T间的关系。取得各温度上V_CMP的值(例如CPU在不同时点下的运作温度)可得到各个线条L_VCMP。在各实施例中，线条L_VCMP大致与温度无关。由最低有效位元(least significant bit，LSB)变动至最高有效位元(most significant bit，MSB)的DAC码可产生线条L_VCMP。举例而言，若DAC接收一2位元输入，例如输入(0:1)，则位元0改变至位元1将产生4个DAC码，其对应至4条L_VCMP。若DAC接收一3位元输入，例如输入(0:2)，则位元0改变至2将产生8个DAC码，其对应至8条L_VCMP，以此类推。此外，线条L_VCMP0对应至一码C₀，并显示电压V_CMP与温度T在数码C₀上的关系。线条L_VCMP1对应至一码C₁，并显示电压V_CMP与温度T在数码C₁上的关系。线条L_VCMPN对应至码N，并显示电压V_CMP与温度T在数码C_N上的关系。依据本发明的实施例，由于V_CMP的温度系数甚小且可不重要，所以线条L_VCMP彼此非常接近平行(例如大致平行于)并大体呈直线状，但无须与x轴平行。由于线条L_VCMP彼此平行且为直线，所以本发明的实施例可使温度T与DAC码间具有线性关系。

线条L_VCTAT表示V_CTAT与温度T间的关系。本领域普通技术人员可了解到，线条L_VCTAT具有负的斜率，表示V_CTAT具有一负的温度系数。线条L_VCTAT与线条L_VCMP间的交叉，表示在与一特定DAC码C对应的特定温度T上，V_CTAT与V_CMP是相等的。举例而言，点V_CTATT0表示V_CTAT等于对应至DAC码C₀的温度T₀上的V_CMP。相似地，点V_CTATT1表示V_CTAT等于对应至DAC码C₁的温度T₁上的V_CMP，而点V_CTATTN表示V_CTAT等于对应DAC码C_N的温度T_N上的V_CMP，以此类推。在各实施例中，各点V_CTATT对应至当V_CMP与V_CTAT相等时比较器100的结果，例如，在温度感测电路所承受的特定温度T下，信号C_OUT为真值。

温度与DAC码-CTAT型

图3以线条310指出温度T与V_CTAT相关DAC码C间的关系图300。举例而言，T₀对应至码C₀、T₁对应至码C₁、T_N对应至码C_N，以此类推。

本发明可使温度T与DAC码C间尽可能地保持线性关系，因而较先前技术更具优势。图2的L_VCMP大致为直线且彼此平行(但不必平行于x轴)，此特点造就上述线性关系。在100％线性的情况下，线条L_VCMP为100％直线，并且100％彼此平行，故线条310为100％直线。在其他方法中，线条L_VCMP为曲线，或者彼此互不平行，因而使得线条310亦为曲线。本领域普通技术人员可了解到，当线条310越不弯曲，则温度T与DAC码间越具有线性关系。图300中DAC码C与线条310上的温度T的线性关系可使本发明深具优点，尤其在大量制造的环境下更是如此。因此，对应温度T与DAC码C可被轻易识别。举例而言，当给定水平轴上的DAC码C时，则从线条310即可从垂直轴上识别出对应温度T。相似地，当给你垂直轴上的温度T，则从线条310上即可识别出水平轴上的对应DAC码。

在一应用中，可依照温度T与DAC码C间的线性关系，轻易且经济地在室温附近以简单校正程序建立该线条310。举例而言，使用电路400或500(例如温度感测电路)的温度感测器受第一已知温度，例如温度T₁的影响。对应温度T₁的一DAC码，例如码C₁，可被识别出来。温度感测电路之后受第二已知温度，例如温度T₂的影响。对应温度T₂的一DAC码，例如码C₂可被识别出来。依据温度T与DAC码C间、温度T₁与T₂间、以及DAC码C₁与C₂间的线性关系，可使用各种公知技艺将线条310建立出来，而本发明的实施例不必以特定实施例为限。在进阶应用中，举例而言，可利用本发明的实施例分析并建立出线条310而设定一控制电路，并使该控制电路具有调节半导体芯片的温度T的功能。举例而言，若DAC码，例如码C75，可在芯片的特定操作时刻被识别出来时，则可将C75对应至一温度，例如对应至75℃的温度T75。因为温度75℃的温度T75表示芯片系以400MHz运作而产生太多热能，所以控制电路会因应芯片需求而设定成以较低速度运作，例如以300MHz运作以减少热能产出。相似地，若DAC码，例如码C100，可被识别出来时，则此码对应至此温度，例如100℃的温度T100。因为100℃的温度T100可能会损坏芯片，所以控制电路会被设定成能够在侦得码C100时将芯片予以关闭。上述例子只为说明本发明，而本发明不必以特定例子为限。

提供V_CTAT与V_CMP的电路-第1实施例

图4为依据本发明第1实施例的电路400，其可提供V_CTAT与V_CMP。为方便说明，图4亦包括比较器100。电路400具有负温度系数电路元件，可配合正温度系数电路元件以消除温度消应，而V_CMP可通过该电路而产生低且微小的温度系数。

晶体管M₁、M₂与放大器A₁形成一电流镜，其中放大器A₁平衡电流I_M1与I_M2，以及平衡NODE₁与NODE₂上的电压。由于I_M1等于I_M2，为方便说明，故将I_M1及I_M2皆称为I_M。在节点NODE1上，I_M1＝I₂₁+I_Q1，而在节点NODE₂上，I_M2＝I_Q2+I₂₂。双载子晶体管Q₁作为一二极管，因为二极管具有负的温度系数。实际上，V_CTAT即为晶体管Q₁的V_BE(基极与射极电压)，为方便说明，在此称为V_BEQ1。双载子晶体管Q₂亦可作为一二极管，为方便说明，晶体管Q₂上基极与射极的跨压亦可称为V_BEQ2。在图4的实施例中采用CMOS技术，而晶体管Q₁与Q₂供作为二极管之用。然而，在本发明实施例亦可采用二极管取代上述晶体管，或采用其他具有温度相依特性的装置取代之。两电阻器R₂₁与R₂₂可提供电流I₂₁与I₂₂电流路径，如图所示。由于图4的实施例中R₂₁＝R₂₂，故电阻器R₂₁或R₂₂皆称作R₂。相似地，因为I₂₁＝I₂₂，故电流I₂₁或I₂₂皆称作I₂。电阻器R₂₁与晶体管Q₁并联，而电阻器R₁与晶体管Q₂两者的串联与电阻器R₂₂并联，V_CTAT为NODE₁上的电压，亦为晶体管Q₁的跨压V_BE例(例如V_BEQ1)，因而具有负温度系数。电阻器R₁的跨压为电压V_BEQ1与V_BEQ2间的压差。因此，其具有正温度系数。DAC电阻器R₃或DAC电流I_M4提供电压V_CMP，其中，在特定的I_M4或R₃下，V_CMP＝I_M4*R₃。依据本发明的实施例，V_CMP几乎为不具温度相依性的电压。为了取得V_CMP的差值，可通过改变对应各电流I_M4的DAC码，或者通过改变电阻R₃达成。

DAC晶体管M₄系表示，DAC晶体管M₄的组态所提供的电流I_M4对应至一DAC码。此外，DAC晶体管M₄提供复制电流I_M的镜射电流I_M4。此即表示，I_M4＝N*I_M，其中N为其倍数。在图4的实施例中，DAC电路控制着DAC晶体管M₄。此即表示，DAC电路的数字值对应至电流I_M4的值。为方便说明，若DAC电路包括M个输入位元以及N个输出，则N＝2^M。举例而言，若M＝2，则N＝2²或4。若M＝3，则N＝2³或8。若M＝4，则N＝2⁴或16，以此类推。部分实施例可改变DAC码以得到不同的I_M4值以及不同的V_CMP。在一实施例中，改变DAC晶体管M4中主动晶体管的数量即可改变DAC码，进而改变N值。改变N值即改变电流I_M4的值。举例而言，2位元DAC(M＝2)的N＝4(2²)，因而具有4个I_M4值，3位元DAC(M＝3)的N＝8(2³)，因而具有8个I^M4值，4位元DAC(M＝4)的N＝16(2⁴)，因而具有16个I_M4值，以此类推。此外，因为电压V_CMP与电流I_M4(V_CMP＝I_M4*R₃)相依，若电流I_M4由4个值的DAC所提供，例如I_M4(0:3)，则V_CMP即对应至具有4个值的V_CMP(0:3)。若电流I_M4由8个值的DAC所提供，例如I_M4(0:7)，则V_CMP即对应至具有8个值的V_CMP(0:7)。若电流I_M4由16个值的DAC所提供，例如I_M4(0:15)，则V_CMP即对应至具有16个值V_CMP(0:15)，以此类推。

DAC电阻器R₃系表示，电阻器R₃的值亦可被DAC码改变。与DAC晶体管M₄的情况相似，M位元输入DAC可提供N个输出，其中N＝2^M。也外，假如此DAC控制了DAC电阻器R₃，则N个DAC码(例如N个DAC输出)会对应至N个电阻器R₃的值。此外，因为V_CMP＝IM4*R₃，对应一DAC码的各个电阻器R₃的值亦对应至一V_CMP值，此情况亦与上述DAC晶体管M₄相同。部分实施例通过改变DAC码以有效地改变R₃及V_CMP的值。本领域普通技术人员可了解到，已有相当多的公知技艺能够通过DAC码并利用电阻器R₃的变化而产生多个V_CMP值，而本发明亦不限定于使用特定技术。

在节点NODE 3上，因为比较器100的输入阻抗非常的高，故线条120上的电流不甚重要而可被忽略。因此：

V_CMP＝I_M4*R₃

因为I_M4＝N*I_M，

V_CMP＝(N*I_M)*R₃

因为I_M＝I_M1＝I_M2且I_M2＝I_Q2+I₂，

V_CMP＝N*(I_Q2+I₂)*R₃

因为I_Q2＝(V_BEQ1-V_BEQ2)/R₁＝(V_Tln(M₂₁))/R₁andI₂＝V_BEQ1/R₂，

V_CMP＝N*((V_Tln(M₂₁))/R₁+V_BEQ1/R₂)*R₃(1)

在上述第(1)式中，V_T为热电压，而V_T＝kT/q，其中k为波兹曼常数，而q为单位电荷。此外，M₂₁为两二极管(晶体管)Q₂与Q₁间的面积比。依据第(1)式，R₁与R₂的温度系数会被R₃的温度系数消去，此乃因为R₁与R₂为分母，而R₃为分子之故。因此，V_CMP之温度系数与该项(V_Tln(M₂₁))与V_BEQ1有关系，其中ln(M₂₁)为M₂₁的自然对数。本领域普通技术人员可了解到，V_BEQ1的温度系数为负数，(V_Tln(M₂₁))的温度系数则为正数，而两者大致可相互对消，使得V_CMP具有低且微小的温度系数。当V_CMP的温度系数甚小时，图2的线条L_VCMP大致为直线且彼此平行。

能够提供V_CTAT与V_CMP的电路-第二实施例

图5为依照第二实施例的电路500，其提供V_CTAT与V_CMP。为方便说明，图5亦包括比较器100。与电路400相似，电路500包括一负温度系数电路元件，其可与正温度系数电路元件配合而消除温度效应。此外，电路500亦包括额外的温度区率补偿电路，并且，通过电路500，可使V_CMP产生更微小的温度系数。

如图所示，电路500除了电阻器R₄、R₅以及晶体管M₃、Q₃，余皆相似于图4。在图5的实施例中，由于R₄＝R₅，故电阻器R₄或R₅皆可称为电阻器R₄₅。晶体管Q₃作为一二极管，与晶体管Q₁及Q₂相似。晶体管M₃作为一电流镜，其中电流I_M3具有与电流I_M(即I_M1或I_M2)相同的值。在一实施例中，晶体管Q₃的面积与晶体管Q₁相等。

与电路400相似，因为比较器100的输入阻抗非常高，所以可忽略线条120上的电流。因此，在节点NODE₃有：

V_CMP＝I_M4*R₃

因为I_M4＝N*I_M

V_CMP＝(N*I_M)*R₃

因为I_M＝I_M1＝I_M2andI_M2＝I_Q2+I₂+I_COMP，

V_CMP＝N(I_Q2+I₂+I_COMP)*R₃

因为I_Q2＝(V_Tln(M₂₁))/R₁，I₂＝V_BEQ1/R₂而I_COMP＝(V_BEQ1-V_BEQ3)/R₄或(V_BEQ3-V_BEQ1)/R₄₅，

V_CMP＝N[(V_Tln(M₂₁))/R₁+V_BEQ1/R₂+(V_BEQ1-V_BEQ3)/R₄₅]*R₃(2)

如上所述，此项(V_Tln(M₂₁))具有正温度系数，V_BEQ1具有负温度系数。此外，V_BEQ3-V_BEQ1亦具有正温度系数。(V_Tln(M₂₁))、V_BEQ1与V_BEQ3-V_BEQ1的温度系数可彼此对消，进而使得V_CMP具有非常小的温度系数。

本领域普通技术人员可了解到，第(2)式中的V_CMP具有比第(1)式的V_CMP小的温度系数。因此，图2中电路500所造成的线条L_VCMP会比电路400所造成线条L_VCMP来得更直。结果，电路500的线条310会比电路400的线条310来的更直。简单来说，电路500比电路400更加能够使温度T与DAC码C间的关系保持线性。

与绝对温度(V_PTAT)呈正比关系的温度相依电压

图6为本发明一实施例的PTAT型比较器600。线条610的参考电压V_PTAT由一电路(例如温度感测电路)所产生，下文将详述该电路。与比较器100相似，比较器600比较电压V_CMP与V_PTAT，并提供线条630上的合成信号C_POUT。在图6的实施例中的V_CMP与上述CTAT型的实施例中的V_CMP相同。V_PTAT与绝对温度(PTAT)参考电压呈正比关系，在一特定温度下由一温度感测电路产生。举例而言，与CTAT型实施例相同，温度感测电路亦可内建于CPU等半导体装置的一感测器上。操作上，CPU承受一特定温度(例如运作温度)，而温度感测电路亦同样承受该特定温度，以此温度为输可产生V_PTAT。在某些实施例中，若V_CMP略大于(大体相等于)V_PTAT，则信号C_POUT为真值，具有高逻辑。若V_CMP小于V_PTAT，则信号C_POUT会被供应至其他电路(例如一校正电路，图未示)，该校正电路会改变DAC码，进而改变V_CMP，直到V_CMP略大于(大体相等于)V_PTAT时为止。实际上，当V_CMP与V_PTAT相等时，CPU与温度感测电路所承受的温度，例如温度T₀，亦为温度感测电路提供V_PTAT时的温度。此外，该温度T₀会对应至一DAC码，例如DAC码C₀。在各实施例中，温度感测电路提供V_PTAT时的温度，大致会与DAC码呈线性相关。如上所述，本领域普通技术人员可了解到，当温度与DAC码大体相关时，以两方向轴表示两者关系的图表上会呈现一直线。

V_PTAT、V_CMP与对应温度

图7为依据本发明一实施例的一图表700，用以说明V_PTAT、V_CMP与温度T间的关系。如同CTAT型实施例中的说明，各线条L_VCMP系表示，在以一特定DAC码作为输入以产生V_CMP时，电压V_CMP与温度T间的关系。将DAC码由最低有效位元(LSB)改变至最高有效位元(MSB)，可产生线条L_VCMP。在各实施例中，由于V_CMP的温度系数非常小且不甚重要，所以线条L_VCMP彼此非常接近平行，并且为直线。由于线条L_VCMP彼此平行且为直线，所以本发明能够使温度T与DAC码间具有线性关系。

线条L_VPTAT表示V_PTAT与温度T间的关系。本领域普通技术人员可了解到，线条L_VPTAT具有正的斜率，并表示V_PTAT具有正的温度系数。线条L_VPTAT与线条LV_CMP的交点可表示在对应特定DAC码C的特定温度T下V_PTAT会与V_CMP相等。举例而言，点V_PTATT0表示在对应DAC码C₀的温度T₀下，V_PTAT会与V_CMP相等。相似地，点V_PTATT1表示在对应DAC码C₁的温度T₁下，V_PTAT会与V_CMP相等，而在对应DAC码C_N的温度T_N下，V_PTATTN表示V_PTAT会与V_CMP相等，以此类推。在各实施例中，各点V_PTATT对应至温度感测电路所感测的特定温度下，当V_CMP与V_PTAT相等时(例如当信号C_POUT为真值时)比较器600的结果。

温度与DAC码-PTAT型

图8为一图表800，其以线条810表示在PTAT型实施例中温度T与DAC码C间的关系。举例而言，T₀对应至码C₀、T₁对应至码C₁，T_N对应至码C_N，以此类推。

本发明的实施例可使温度T与DAC码C间尽可能地呈现线性，因此相对于无法达到线性关系的先前技术具有优势。从图7线条L_VCMP大致为直线且彼此平行可推论出上述的线性关系。如上所述，在100％线性的情况下，线条L_VCMP为100％的直线，因而彼此100％平行，所以线条810为100％直线。在其他的方法中，线条L_VCMP为曲线，或者并非彼此平行，将致使线条810弯曲。本领域普通技术人员可了解到，若线条810越不弯曲，则温度T与DAC码间的关系越具有线性。本发明深具优点，尤其在大量制造的环境下更是如此。此乃因为一旦建立了图表800，则DAC码C与线条810上的温度T间的线性关系即可被轻易得知。因此，对应温度T与DAC码C可被轻易的识别。举例而言，通过线条810，当给定水平轴上的DAC码C时，即可轻易识别出垂直轴上的对应温度T。相似地，通过线条810，当给定垂直轴上的温度T时，即可轻易识别出水平轴上的对应DAC码。

在一应用中，可依据温度T与DAC码C间的线性关系，轻易且经济地在室温附近以简单校正程序建立该线条810。举例而言，温度感测器具有电路400或500(例如温度感测电路)，而V_CTAT可被电路900所产生的V_PTAT取代，并受第一已知温度(例如温度T₁)的影响。对应温度T₁，可识别出DAC码，例如码C₁。之后，温度感测电路受到第二已知温度(例如温度T₂)的影响。对应温度T₂，可识别出DAC码，例如码C₂。依照温度T与DAC码C间、温度T₁与T₂间、以及DAC码C₁与C₂间的线性关系，可以各种公知的方法稳当地建立出线条810，而本发明不以特定的公知技术为限。在一进阶应用中，举例而言，一旦建立了线条810，可分析该线条810并设定一控制电路，使得该控制电路可依照本实施例调节半导体芯片中的温度T。举例而言，若在该芯片的特定运作时识别出一DAC码(例如码C75)，则码C75即对应至一温度，例如75℃的温度T75。因为该75℃的温度T75指出芯片以400MHz的速度运作，已产生太多热能，所以控制电路可将芯片设定成以低速率(例如300MHz)运作以减少热能产出。相似地，若识别出一DAC码(例如码C125)，则此码对应至一温度，例如125℃的温度T125。因为该125℃的温度T125会损坏芯片，所以控制电路可在发现码C125时关闭芯片的运作。上述实例仅为说明本发明，但本发明不必以特定实施例为限。

提供V_PTAT与V_CMP的电路

在各实施例中，PTAT型实施例中的V_CMP，与CTAT型实施例中的V_CMP有相似的产生方法，其同样使用上述的电路400与500。

图9为本发明实施例中用以产生V_PTAT的电路900。为方便说明，图9亦包括比较器600。电路900除了不包括对应电阻器R₂₁与R₂₂的电阻，其他部分皆与电路400相似。此外，晶体管M₆与M₇分别对应晶体管M₁与M₂；放大器A₂对应至放大器A₁；电阻器R₇对应至电阻器R₁；晶体管Q₄与Q₅分别对应至晶体管Q₁与Q₂。晶体管M₅对应至DAC晶体管M₄而电阻器R₆对应至DAC电阻器R₃。晶体管M₆、M₇与放大器A₂形成一电流镜，其中放大器A₂可平衡电流I_M6与I_M7以及NODE₆与NODE₇上的电压。为方便说明，I_M6或I_M7皆称为I_M67。晶体管M₅提供与电流I_M67镜射的电流I_M5。在NODE₄上，因为比较器600的输入阻抗非常高，所以线条610上的电流可被忽略。因此，

V_PTAT＝I_M5*R₆

因为I_M5＝I_M6＝I_M7＝(V_Tln(M₅₄))/R₇，其中M₅₄为晶体管Q₅与Q₄间的面积比

V_PTAT＝((V_Tln(M₅₄))/R7)*R₆

因为V_T＝(k*T)/q

V_PTAT＝((k*T)ln(M₅₄)/(q*R₇))*R₆or

＝((k*R₆)ln(M₅₄)/(q*R₇))*T(3)

从第(3)式可以发现，V_PTAT以正比于绝对温度的方式与T(或温度)相依。与CTAT型实施例相似，电路900，连同前述的电路400及DAC码可使V_PTAT的DAC码与温度间的线性关系。此外，电路900搭配电路500可使较电路900搭配电路400更具线性。

DAC晶体管与DAC码

图10为电路1000，用以说明DAC晶体管M₄的实施例，其中DAC晶体管M₄可提供电流I_M4(以及V_CMP)。电路1000包括四个晶体管M₄₀、M₄₁、M₄₂以及M₄₃，分别由信号CT₀、CT₁、CT₂以及CT₃所控制(例如开启或关闭)。举例而言，欲开启晶体管M₄₀、M₄₁、M₄₂或M₄₃，可分别将信号CT₀、CT₁、CT₂、或CT₃激活(例如拉至一低态或0)。相反地，欲关闭晶体管M₄₀、M₄₁、M₄₂或M₄₃，可将各信号CT₀、CT₁、CT₂或CT₃解除激活(例如拉至一高态或1)。因为，在图10的实施例中，，I_M4＝I_M40+I_M41+I_M42+I_M43，所以电流I_M4的值系与电流I_M40、I_M41、I_M42以及I_M43相依。此外，当开启晶体管M₄₀、M₄₁、M₄₂、或M₄₃时，可将各电流I_M40、I_M41、I_M42、或I_M43提供给电流I_M4。

图11为晶体管M₄开启或关闭次数与值L的对应表1100。当L＝0时，唯有晶体管M₄₀是开启的。当L＝1时，晶体管M₄₀与M₄₁开启。当L＝2时，晶体管M₄₀、M₄₁与M₄₂开启，而当L＝3时，则所有晶体管M₄₀、M₄₁、M₄₂及M₄₃皆开启。

图12为值L与信号CT间的关系表1200。因为，当L＝0时，唯有晶体管M₄₀开启，信号CT₀为低态(或0)，而信号CT₁、CT₂、CT₃为高态(或1)。因为当L＝1时，晶体管M₄₀与M₄₁开启，而晶体管M₄₂与M₄₃关闭，所以信号CT₀与CT₁为低态，而信号CT₂与CT₃为高态。因为当L＝2时，晶体管M₄₀、M₄₁与M₄₂开启，而晶体管M₄₃关闭，所以信号CT₀、CT₁与CT₂为低态，而信号CT₃为高态。相似地，因为当L＝3时，所有晶体管M₄₀、M₄₁、M₄₂与M₄₃皆开启，所以所有信号CT₀、CT₁、CT₂及CT₃为低态。L值或信号CT的数字值可视为对应上述DAC电流I_M4(或电压V_CMP)的数字码。举例而言，各个从0到3的值或DAC码L皆存在对应的DAC电流I_M4。其他的例子中，表1200的信号CT₀、CT₁、CT₂与CT₃的各个码0000、0001、0011或0111皆存在对应的DAC电流I_M4。

图10至图12表示对应至四个DAC电流I_M4值的四个晶体管I_M4、四个L值与四个信号CT。此例仅为方便说明，本发明不限于四个DAC码，其可应用于多个DAC码，并可应用于各种提供DAC码的方式。

上文已介绍本发明的数个实施例。任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。举例而言，虽然前文以电阻器(例如R₁、R₂等)为例，但该等电阻器可被其他电阻元件、电阻网络、或其他等效电路所取代。前述实施例虽然采用电路400与500以同时产生V_CMP与V_CTAT，但亦可使用不同的电路分别产生V_CMP与V_CTAT。上述实施例中产生V_CMP与V_CTAT的电路仅为方便说明之用，在本发明的范围内，亦可采用其他能够提供正比于绝对温度或互补于绝对温度的电压的电路。本文中使用“相等于”或“不等于”等词汇，但只要两件接近到足以被本领域普通技术人员视为相同即可。

虽然文中各权利要求分别代表一实施例，但对本领域普通技术人员而言，不同权利要求以及前文实施例的组合均在本发明的权利要求范围之中。

Claims

1.一种方法，包括：

提供对应至一温度的一第一电压；

提供一第二电压，其以多个数字码作为输入；以及

利用该第一电压与该第二电压识别对应该温度的一数字码；

其中多个该温度大体与所述多个数字码呈线性关系。

2.如权利要求1所述的方法，其中该第一电压以互补于绝对温度的方式或以正比于绝对温度的方式与该温度相依。

3.如权利要求1所述的方法，其中该第二电压受到至少一负温度系数以及至少一正温度系数的影响。

4.如权利要求3所述的方法，其中：

该至少一负温度系数由横跨一第一二极管上的该第一电压所产生，并且受到与该第一二极管并联的一第一电流的影响；以及

该至少一正温度系数由横跨与一第二二极管串联的一电阻器上的一第三电压所产生，并且受到与该电阻器并联的一第二电流的影响，其中该电阻器与该第二二极管串联。

5.如权利要求1所述的方法，其中该第二电压受到(V_Tln(M))以及一电压V的影响，其中V_T为一热电压、M为一第一二极管与一第二二极管的面积比、V为横跨该第一二极管上的压降；而ln(M)为M的该自然对数。

6.如权利要求5所述的方法，其中该第二电压更受到一电压V₁的影响，其中V₁受到横跨一第三二极管上的电压降以及横跨该第一二极管上的电压降的影响。

7.如权利要求1所述的方法，其中改变该数字码可改变一数字至模拟电流，进而改变该第二电压。

8.如权利要求1所述的方法，其中改变该数字码可改变一数字至模拟电阻器，进而改变该第二电压。

9.如权利要求1所述的方法，其中该第二电压受到一数字至模拟晶体管、一数字至模拟电阻器、或两者的组合所影响。

10.如权利要求1所述的方法，其中当该第一电压大致与该第二电压相同时，可识别出对应至该温度的该数字码。

11.如权利要求1所述的方法，其中当以一线条表示对应至该识别的数字码的该第二电压与该温度时，多个该线条彼此大致平行。

12.一种方法，包括：

提供一第一电压，其与温度相依；以及

提供一第二电压，具有不显著的温度系数，并以多个数字码为其输入；

其中：

在一识别的温度下，若该第一电压不等于该第二电压，则调整一数字码直到该第一电压大致相等于该第二电压；以使该识别的温度对应至该数字码；

多个该识别的温度大致与所述多个数字码线性相关。

13.如权利要求12所述的方法，其中该第二电压的一值由改变一DAC码而得。

14.一电路，包括：

一第一电路，用以：

产生对应至一温度的一第一电压；以多个数字码作为输入而产生一第二电压；以及

使用该第一电压与该第二电压以识别对应至该温度的一数字码；

一改变手段，以改变一数字码的方式改变一数字至模拟电流与一数字至模拟电阻值中的一者或两者的组合以改变该第二电压；

其中多个该温度大致与所述多个数字码呈线性关系。

15.如权利要求14所述的电路，还包括一数字至模拟晶体管用以产生该数字至模拟电流。