CN102147295A - 基于磁隧道结器件的温度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁隧道结器件的温度传感器，包括MTJ器件、PMOS器件和模拟开关，PMOS器件的源极接电源，漏极与MTJ器件的输入端连接并引出电压输出端，MTJ器件的输出端通过模拟开关与地或电路连接，PMOS器件的漏极与栅极短接。还可以包括运算放大器，运算放大器的负输入端与电压输出端连接，运算放大器的正输入端接入参考电压。该传感器可以和CMOS工艺相兼容，同时可以具备温度检测、过温保护、过流保护等功能。

Description

基于磁隧道结器件的温度传感器
技术领域
本发明涉及一种温度传感器，尤其涉及一种基于磁隧道结器件的温度传感器。
背景技术
目前已经有许多温度传感器，包括利用PN结原理设计的温度传感器、利用MOS晶体管阈值电压设计的温度传感器等，更多的是采用压敏电阻其阻值随温度变化的特性制作的压敏电阻温度传感器。
上述现有技术至少存在以下缺点：
不能同时具备温度检测、过温保护、过流保护等功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于磁隧道结器件的温度传感器，该传感器可以和CMOS工艺相兼容，同时可以具备温度检测、过温保护、过流保护等功能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的基于磁隧道结器件的温度传感器，包括MTJ器件、PMOS器件和模拟开关，所述PMOS器件的源极接电源，漏极与所述MTJ器件的输入端连接并引出电压输出端，所述MTJ器件的输出端通过所述模拟开关与地或电路连接，所述PMOS器件的漏极与栅极短接。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于磁隧道结器件的温度传感器，由于包括MTJ器件、PMOS器件和模拟开关，PMOS器件的源极接电源，漏极与MTJ器件的输入端连接并引出电压输出端，MTJ器件的输出端通过模拟开关与地或电路连接，PMOS器件的漏极与栅极短接。该传感器可以和CMOS工艺相兼容，同时可以具备温度检测、过温保护、过流保护等功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明基于磁隧道结器件的温度传感器的具体实施例的原理示意；
图2为具体实施例中不同尺寸PMOS器件下输出电压随温度的变化关系图；
图3为本发明中基于MTJ温度传感器的过温保护电路的具体实施例的原理示意；
图4图3所示传感器电路用于过温保护时的测量结果图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的基于磁隧道结器件的温度传感器，其较佳的具体实施方式是，包括MTJ器件、PMOS器件和模拟开关，所述PMOS器件的源极接电源，漏极与所述MTJ器件的输入端连接并引出电压输出端，所述MTJ器件的输出端通过所述模拟开关与地或电路连接，所述PMOS器件的漏极与栅极短接。
该温度传感器还包括运算放大器，所述运算放大器的负输入端与所述电压输出端连接，所述运算放大器的正输入端接入参考电压。这样在检测电压的同时还形成过温保护电路。
该温度传感器还可以包括NMOS器件，所述NMOS器与所述PMOS器件的源极和漏极分别相互连接，所述NMOS器件的漏极与栅极短接。
所述MTJ器件(磁隧道结器件)可以为STT-MTJ器件(自旋转移力矩磁隧道结器件，spin-transfer-torque Magnetic Tunnel Junction)，也可以为其它的MTJ器件。
在集成电路中，为了对集成电路进行保护，避免其遭受高温破坏导致其电路性能下降甚至损坏，往往需要在集成电路内部集成一个温度传感器，要求该传感器不但能检测集成电路的温度，同时当集成电路过温获短路情况下，还能及时关断电源，达到保护的目的。
本发明的基于磁隧道结器件(MTJ)的温度传感器，利用磁隧道结器件制作一种新型温度传感器，该传感器可以和CMOS工艺相兼容，同时可以具备温度检测、过温保护、过流保护等功能。
具体实施例的结构原理如图1所示：
传感器包含STT-MTJ器件、PMOS器件MP1、NMOS器件MN1和模拟开关S。对于MTJ器件来说，因为其反平行状态的电导值随温度的变化而变化，所以在检测温度的时候，让MTJ器件处于反平行状态。
在开始测量温度时，MTJ器件处于反平行状态，对于PMOS器件M P1，其栅极G与漏极D短路，所以该器件总处于饱和状态，所以当模拟开关S与接触点2连接后，从电源VDD到地GND之间建立起了一个电流通路，在这种情况下，MP1和MTJ器件组成了一个单级CMOS放大器。当MP1的宽长比一定的情况下，该传感器的输出电压随着MTJ器件的电导值的不同而发生变化，当温度变化的时候，MTJ器件的电导值发生变化，导致输出电压也发生变化，所以，根据测量输出电压的大小，可以测量出所对应的温度，这是该传感器测量温度的功能。
图2为不同尺寸PMOS器件下输出电压随温度的变化关系，图中所示不同曲线对应不同的PMOS器件尺寸，不同曲线从下到上分别对应器件宽长比从1到20连续变化，可以看出，不同器件尺寸对应输出电压随温度变化率略有不同，可以根据后端电路的不同要求，选取不同的宽长比。例如，在传统的PN结传感器电路中，一般习惯于pn结压降随温度的变化率为-2mV/K，后端处理电路的指标往往对应这个指标。我们在设计MTJ传感器的时候，如图2所示，可以采用器件宽长比为9的电路，其对应的变化率为-2mV/K，与原来习惯的相符合，可以直接采用后端成熟的电路。
当在进行温度测量的时候，电流从自由层流向固定层，对于MTJ器件来说，此时的电流为负电流。随着温度的升高，该器件的电导增加，导致电流上升。对于MTJ器件，存在一个参数当电流密度超过这个参数后，MTJ将翻转进入平行状态。
当MTJ进入平行状态后，其等效电阻值将突然下降，导致图1中的输出电压降低，可以在图1所示传感器结构的基础上加上必要的检测电路。
如图3所示，将传感器的输出连接到运算放大器OP1的负输入端，OP1的正端连接一个参考电压，一般地，我们设定传感器的输出总是高于参考电压，所以OP1的输出总为低电平；当由于温度过高，MTJ翻转进入高电平时，OP1将被触发，这时候OP1会输出高电平，从而作为使能信号切断外部电源。
如图4所示，为过温保护的实测结果，可以看出，当温度高于420K时，保护电路立即工作，没有任何延误，也没有任何形式的热振荡。而且可以看出，由于MTJ器件平行和反平行情况下的电导值相差很大，所以对于参考电平没有很严格的要求，参考电平的设定只需要再某个范围之内都可以。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于磁隧道结器件的温度传感器，其特征在于，包括MTJ器件、PMOS器件和模拟开关，所述PMOS器件的源极接电源，漏极与所述MTJ器件的输入端连接并引出电压输出端，所述MTJ器件的输出端通过所述模拟开关与地或电路连接，所述PMOS器件的漏极与栅极短接。
2.根据权利要求1所述的基于磁隧道结器件的温度传感器，其特征在于，该温度传感器还包括运算放大器，所述运算放大器的负输入端与所述电压输出端连接，所述运算放大器的正输入端接入参考电压。
3.根据权利要求1或2所述的基于磁隧道结器件的温度传感器，其特征在于，该温度传感器还包括NMOS器件，所述NMOS器与所述PMOS器件的源极和漏极分别相互连接，所述NMOS器件的漏极与栅极短接。
4.根据权利要求3所述的基于磁隧道结器件的温度传感器，其特征在于，所述MTJ器件为STT-MTJ器件。
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