CN103258226A - 用于感测物理量的电路和方法 - Google Patents

用于感测物理量的电路和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103258226A
CN103258226A CN2013100501890A CN201310050189A CN103258226A CN 103258226 A CN103258226 A CN 103258226A CN 2013100501890 A CN2013100501890 A CN 2013100501890A CN 201310050189 A CN201310050189 A CN 201310050189A CN 103258226 A CN103258226 A CN 103258226A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
circuit
signal
physical quantity
reference signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013100501890A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103258226B (zh
Inventor
K.恩格尔
U.韦德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of CN103258226A publication Critical patent/CN103258226A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103258226B publication Critical patent/CN103258226B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/32—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using change of resonant frequency of a crystal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/243—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the phase or frequency of ac
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0716—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips at least one of the integrated circuit chips comprising a sensor or an interface to a sensor
    • G06K19/0717—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips at least one of the integrated circuit chips comprising a sensor or an interface to a sensor the sensor being capable of sensing environmental conditions such as temperature history or pressure

Abstract

本发明涉及用于感测物理量的电路和方法。根据本发明的一个实施例的、一种用于感测物理量的电路包括被配置为提供包括依赖于物理量的第一频率的第一时钟信号的第一振荡器电路和被配置为提供包括依赖于物理量的第二频率的第二时钟信号的第二振荡器电路。该电路还包括被配置为提供指示该物理量的频率信号的频率比较器电路，该频率信号基于该第一和第二频率，其中第一和第二振荡器电路被配置为提供第一和第二时钟信号，以使得由于物理量的改变，第一和第二频率中的一个频率增加，而第一和第二频率中的另一个频率降低。

Description

用于感测物理量的电路和方法
技术领域
根据本发明的实施例涉及用于感测物理量的一种电路和一种方法、一种振荡器电路、一种智能卡，和一种温度感测电路。
背景技术
在很多应用中，因为很多可能的原因，感测物理量诸如温度是有用的，有时甚至是必要的。例如，感测到预定义温度范围之外的温度可以代表非期望的系统状态。这种温度可以例如由系统故障或者环境条件从它们的指定公差的畸变或者偏差引起。例如，在集成电路的情形中，感测到超过预定义温度范围的过度的温度可以指示系统正在产生太多的热或者所产生的热不能被充分地去除。
在某些应用中，从指定温度范围的这种偏差还可以指示破坏系统安全性或者篡改系统的尝试。
这也同样可以适用于其它物理量。
传统上，传感器通常采用将所要测量的物理量转换成电信号的传感器元件，该电信号然后被与具有恒定性质的固定的预定义信号相比较。
然而，提供这种固定的预定信号经常代表相当大的挑战，因为用于这种信号的信号源通常依赖于具体的物理效应，所述具体的物理效应又可能依赖于本征材料性质或者非本征参数诸如形状、尺寸等。
为了利用物理效应，通常在闭合反馈环配置中驱动信号源以维持固定的预定义信号。然而，实现另外的电路和构件以应对操作参数的漂移和其它畸变可能是明智的或者有时甚至是必要的。
在某些应用中，物理效应要求实现一种具体结构，该具体结构可能难以在给定的环境中实现。这两者均可以导致要结合另外的电路或者复杂结构。
因此，存在以降低的复杂度提供一种用于感测物理量的基础结构的要求。
发明内容
根据本发明的一个实施例的、一种用于感测物理量的电路包括第一振荡器电路，该第一振荡器电路能够操作用于提供包括依赖于物理量的第一频率的第一时钟信号。该电路进一步包括第二振荡器电路和频率比较器电路，该第二振荡器电路能够操作用于提供包括依赖于物理量的第二频率的第二时钟信号，该频率比较器电路能够操作用于提供指示该物理量的频率信号。该频率信号基于第一和第二频率。该第一和第二振荡器电路进一步能够操作用于提供第一和第二时钟信号，以使得由于物理量的改变，第一和第二频率中的一个频率增加，而第一和第二频率中的另一个频率降低。
通过采用根据本发明的一个实施例的、用于感测物理量的电路，通过采用均具有显著的物理量频率依赖性的两个振荡器电路而降低复杂度可以是可能的。因为如以上概述地，频率依赖性不同，所以在根据本发明的一个实施例的电路中，第二时钟信号可以被用于传达有关物理量的信息而非只是通过输出固定的预定义基准信号而提供稳定化的时间基础。
根据本发明的一个实施例的一种振荡器电路包括能够操作用于提供时钟信号的振荡发生器。该振荡发生器包括具有第一输入和第二输入的比较器。该振荡器电路进一步包括被耦接到比较器的第一输入并且能够操作用于提供电流的电流源。该电流包括依赖于物理量的幅值。该振荡器电路进一步包括被耦接到比较器的第二输入并且能够操作用于提供基准信号的基准信号电路，该基准信号也包括依赖于物理量的幅值。电流源和基准信号电路分别地能够操作用于提供电流和基准信号，以使得由于物理量的改变，电流的或者基准信号的幅值增加，而电流和基准信号的另一个幅值降低。
通过采用根据本发明的一个实施例的振荡器电路，也可以能够通过使用具有所描述的对物理量的依赖性的电流源和基准信号电路而降低这种电路的复杂度。换言之，并非将电流源的幅值与固定电流或者固定电压进行比较，根据本发明的一个实施例的振荡器电路采用基准信号电路，该基准信号电路自身示出对物理量的显著的依赖性并且因此携带有关物理量的信息。因此，可以省略为提供固定的和恒定的基准信号所必需的基础结构。
附图说明
将在附图中描述本发明的几个实施例。
图1示出包括两个振荡器电路的、根据本发明的一个实施例的、用于感测物理量的电路的框图；
图2示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图；
图3示意基于作为电压电平的函数感测温度的温度确定的不确定性；
图4示意基于确定频率来确定绝对温度的感测原理；
图5示意基于确定频率的用于绝对温度的感测原理，考虑到偏移；
图6a示出示意校准和测量过程的、由根据本发明的一个实施例的两个振荡器电路提供的两个时钟信号的两个频率/温度特性；
图6b示出图6a所示振荡器电路的频率/温度特性的比率的温度依赖性；
图7示出根据本发明的一个实施例的振荡器电路的简化电路图；
图8示出图7所示振荡器的电容器两端的电压的时间依赖性；
图9示出如在图7的振荡器电路中采用的电流源、PTAT偏压发生器、CTAT偏压发生器和另外的电流源的电路图；
图10a示出示意校准和测量过程的、由根据本发明的一个实施例的两个振荡器电路提供的两个时钟信号的两个频率/温度特性；并且
图10b示出图10a所示振荡器电路的频率/温度特性的比率的温度依赖性。
具体实施方式
以下，将更加详细地描述根据本发明的实施例。在这方面，将使用总结性附图标记来同时地描述几个对象或者描述这些对象的公共特征、尺寸、特性等。总结性附图标记是基于它们的个体附图标记。而且，在几个实施例或者几幅图中出现但是在它们的功能或者结构特征中的至少某些功能或者结构特征方面相同或者至少类似的对象将利用相同或者类似的附图标记表示。为了避免不必要的重复，参考这种对象的描述部分还涉及不同实施例或者不同图的相应的对象，除非明确地或者–对于说明和图的上下文加以考虑地–隐含地另有叙述。因此，类似的或者相关的对象可以利用至少某些相同或者类似的特征、尺寸和特性实现，但是还可以利用不同的性质实现。
在很多种应用中使用了智能卡以保护某些商品，诸如对于某些设施和信息的特权或者访问。例如，智能卡可以被用于保护建筑物、实验室和其它区域免受非授权访问。它们还可以被用于保护对于账户的访问。智能卡通常包括能够操作用于执行相应智能卡的任务的集成电路（IC）。然而，依赖于受到智能卡保护的商品的价值，智能卡自身可能是篡改它的内容的攻击或者尝试的目标。结果，它可以包括安全性措施以保护它并且由此保护它意图保护的商品。
智能卡可以包括处理器或者另一种形式的集成电路。因此，它还可能遭受这种电路在它的操作期间可能遭遇的热或者其它条件。根据应用或者实现，因此可能明智的是实现一种用于感测物理量比如温度的电路。
因为智能卡是由用户四处携带的装置，所以某些限制可能施加于可实现的基础结构。由于这些限制，例如在智能卡领域中，存在采用具有降低的复杂度的电路和基础结构的要求。然而，还可以作为智能卡和其它系统或者在不同于智能卡和其它系统的其它种类的装置方面实现将在下面描述的、根据本发明的实施例。
图1示出根据本发明的一个实施例的、用于感测物理量的电路100的框图。电路100包括被耦接到频率比较器电路120的第一振荡器电路（OSC1）110-1和第二振荡器电路（OSC2）110-2。频率比较器电路120能够操作用于在输出130处提供频率信号FS。频率信号FS指示将由电路100感测的物理量。
频率信号FS基于分别地由第一和第二振荡器电路110-1、110-2提供的第一时钟信号CS1和第二时钟信号CS2的第一频率和第二频率。振荡器电路110能够操作用于提供相应的时钟信号CS1、CS2以使得相应的振荡器电路110的频率依赖于该物理量。然而，为了使得频率比较器电路120能够提供指示物理量的频率信号FS，第一和第二振荡器电路110-1、110-2能够操作用于以如此方式提供它们相应的时钟信号CS1、CS2，使得物理量的改变引起该两个时钟信号CS1、CS2的频率之一增加，而另一个频率降低。
通过采用具有作为物理量的函数的、至少局部地相反的频率特性的两个振荡器电路110，根据本发明的一个实施例的电路100可以使得能够进行物理量的更加准确的感测和更加简单的实现，因为物理量的测量基于两个振荡器电路110，该两个振荡器电路110均依赖于该物理量，而不是连同提供具有预定义且固定频率的时钟信号作为时间基础的基准振荡器一起地使用刚好一个振荡器电路110。换言之，根据本发明的一个实施例的电路100使用可以替代提供固定、预定和恒定的时间基础地通过采用随着物理量自身改变的非恒定“时间基础”而同样好地感测物理量的原理。因此，在根据本发明的某些实施例中，可以省略具有固定和预定频率信号的振荡晶体或者振荡器的实现。
传统上，例如通过实现振荡晶体而产生这种具有预定且固定的频率的基准时钟信号。然而，在某些应用中实现振荡晶体可能是困难的。如果例如在单一、单片集成电路上实现根据本发明的一个实施例的电路100，则集成该振荡晶体可能与基本的技术、或者过程参数或者其它技术约束不兼容。而且，由于应用相关或者成本约束，振荡晶体的实现也可能不是可行的选项。
在某些情况下，在外部提供具有固定和预定频率的基准时钟信号也可能不是一种替代。因为这种基准时钟信号只是不可用或者不能受到信任，所以可能存在这种情形。当例如在用于保护特权、设施或者信息的智能卡140中包括电路100时，基准时钟信号不能受到信任可能例如是在安全性相关应用中的情形。在这种情形中，智能卡140可能经受用于获得对于上述受保护商品的访问的攻击。换言之，智能卡140可能经受篡改尝试。
传统上，作为用于实现振荡晶体的替代，还可以由适当地补偿的振荡器电路提供基准时钟信号。然而，通常要求这种振荡器电路在很多指定的和最终未指定的操作条件下提供基准时钟信号，如果它将在安全性相关应用中实现的话。然而，比如这些的电路，可能最终地在集成电路的管芯上要求相当大的尺寸或者区域。
根据本发明的一个实施例的电路100可以利用以下事实，即，在感测物理量方面，可以省略这种基准振荡器电路。根据本发明的一个实施例的电路100因此可以提供与如上所述的实现基准振荡器电路相比较显著地降低这种电路的复杂度和对于尺寸的要求的机会。而且，甚至可以能够增加感测物理量的准确度，因为第二振荡器电路（OSC2）110-2还携带关于物理量的信息，而不是只提供恒定时间基础。
电路100进一步包括被耦接到频率比较器电路120的输出130以接收频率信号FS的评估电路150。评估电路150能够操作用于比较频率信号FS与预定条件并且当频率信号FS满足预定条件时在输出160处提供状态信号SS。
智能卡140可以进一步包括能够操作用于接收状态信号SS并且在接收到状态信号SS时启动对策的对策电路170。在将由对策电路170启动的可能的对策中，例如是启动智能卡140的安全性重置、降低电压电平和降低操作时钟信号的频率。
当频率信号FS指示在智能卡140上存在攻击或者针对它的内容的另一个篡改尝试时，启动智能卡140的安全性重置可以是一项明智的对策。在智能卡140趋向于过热的情形中，降低电压电平和降低操作时钟信号的频率可以是适当的对策，以使得由智能卡140耗散的能量的量应该被降低以确保它的功能性和健康度。
在根据本发明的一个实施例中，频率比较器电路120可以能够操作用于例如提供频率信号FS以使得它指示相应的时钟信号CS1、CS2的第一和第二频率的频率值的比率。为了促进这点，频率比较器电路120可以能够操作用于基于在一时间段期间对第一和第二时钟信号CS1、CS2的一个时钟信号的边沿的数目进行计数而提供频率信号FS，该时间段依赖于另一个时钟信号的边沿例如下降或者上升沿的预定义数目。
换言之，在一个实施例中，频率比较器电路可以例如包括分别地被耦接到第一和第二振荡器电路110-1、110-2的第一和第二计数器。该时间段可以例如依赖于如由第二振荡电路110-2提供的第二时钟信号CS2的边沿的预定义数目。在此情形中，被耦接到第一振荡器电路110-1的第一计数器可以能够以如此方式受到第二计数器控制，使得当第二计数器达到预定义数目或者从预定义数目开始并且向下朝向零计数时，第一计数器停止对第一时钟信号CS1的边沿计数。当第二计数器达到零或者预定义数目时，如由第一计数器计数的边沿的数目与两个时钟信号CS1、CS2的两个频率的比率和预定义数目的乘积成比例。
在根据本发明的某些实施例中，频率比较器电路120可以能够操作使得该预定义数目是固定的或者可编程的整数。在第一时钟信号CS1的时间段期间所计数的边沿的数目与预定义数目和两个时钟信号CS1、CS2的两个频率的前述比率的乘积成比例。
当然，在根据本发明的其它实施例中，第一时钟信号CS1可以被用于控制将由频率比较器电路120计数的边沿的数目。根据频率比较器电路120的实现及其可选地实现的计数器，上升沿（前边沿）或者下降沿（后边沿）可以被计数。在电路100的其它实施例中，频率比较器电路120可以被不同地实现以提供可选地指示第一和第二频率的频率值的比率的频率信号FS。
如之前概述地，可选的评估电路150可以能够操作用于接收频率信号FS并且当频率信号FS满足预定条件时提供状态信号SS。该预定条件可以是固定的或者可编程的。例如，在根据本发明的一个实施例的电路100的安全性相关实现的情形中，以固定的方式实现该预定条件可能是明智的。结果，该预定条件会更加难以被攻击者更改。在其它情况下实现可编程的预定条件可能是更富吸引力的，因为它可以根据由电路100感测的物理量为电路100的用户提供确定动作的更高灵活性。
例如，当物理量是温度时，当温度–或者用更加一般的术语–物理量降至低于或者超过预定阈值时，该预定条件可以得到满足。例如，当温度降至低于预定阈值时，这可以被解释成引起对策电路170启动智能卡140的安全性重置的、对智能卡140的攻击。对策电路170在此情形中被由评估电路150提供的状态信号SS触发。可替代地或者另外地，当由电路100感测的温度超过预定阈值时，降低智能卡140的功耗可能是明智的。在此情形中，对策电路170可以被适配成使得电压电平例如电源电压电平或者智能卡140的操作时钟的频率被降低以限制由智能卡140耗散的功率。
因此，当第一和第二时钟信号CS1、CS2的频率的比率超过或者小于预定阈值时，评估电路150可以能够操作使得预定条件得以满足。
在根据本发明的电路100的某些实施例中，第一和第二振荡器电路110-1、110-2中的至少一个振荡器电路110能够操作用于提供相应的时钟信号CS1、CS2以使得相应的频率随着物理量实质上非线性地并且可选地实质上非逆线性地改变。如将在下面更加详细地概述地，这可以促使更加易于校准该电路100。例如，改变可以是实质上多项式的（例如二次的）或者实质上逆多项式的（例如逆二次的）。
在更加详细地在下面概述振荡器电路110的可能的实现之前，应该提到，虽然已经至此仅仅在智能卡140的背景下描述了电路100，但是根据本发明的实施例至此不限于在智能卡的框架中实现。而且，还应该指出，评估电路150可以被适配以提供多于一个状态信号SS或者提供具有不同状态的状态信号SS。在这种情形中，对策电路170可以被适配成使得可以根据从评估电路150接收的状态信号的状态来启动不同的对策。
在如在图1中所示的电路100中，每一个振荡器110包括振荡发生器180、180’、电流源190、190’以及基准信号电路200、200’。每一个振荡发生器180、180’包括具有相应的第一输入220、220’和相应的第二输入230、230’的比较器210、210’。由撇号（‘）表示的构件是第二振荡器电路（OSC2）110-2的构件，而不带撇号的构件指的是第一振荡器电路（OSC1）110-1的构件。
仅仅为了简洁起见，以下将更加详细地描述第一振荡器电路110-1的结构。如能够从图1看到的那样，相同结构还可以应用于第二振荡器110-2。当然，在根据本发明的其它实施例中，振荡器110可以被不同地实现。
振荡发生器180适于提供第一振荡器110-1的时钟信号CS1。电流源190被耦接到比较器210的第一输入220并且能够操作用于提供具有依赖于将由电路100感测的物理量的幅值的电流。基准信号电路200被耦接到比较器210的第二输入230并且能够操作用于提供具有依赖于该物理量的幅值的基准信号。再次地，电流源190和基准信号电路200分别地能够操作用于提供电流和基准信号，以使得由于相同的物理量变化，电流或者基准信号的幅值增加，而电流和基准信号的另一幅值降低。换言之，电流源190和基准信号电路200也包括至少局部地相反的关于物理量的依赖性。
根据本发明的一个实施例的振荡器电路110也利用以下事实，即，实现提供具有固定、预定和恒定幅值的固定基准信号的固定基准信号电路是不必要的。出于与以上所述相同的原因，通过将基准信号电路200实现为使得由基准信号电路200输出的基准信号的幅值依赖于将由电路100感测的物理量，振荡器电路110的复杂度可以降低或者简化。
根据具体实现，基准信号电路200可以是电压源或者电流源。然而，将结合图7和8地给出根据本发明的振荡器电路110的实施例的更加详细的说明。
在以上概述的其中将被感测或者测量的物理量是温度的情形中，电流源190可以基于与绝对温度成比例的电流源（PTAT电流源）并且基准信号电路200可以基于与绝对温度成互补的电流源（CTAT电流源）或者反过来。有时，CTAT电流源还被称作与绝对温度成反比的电流源（IPTAT电流源）。然而，因为为振荡器110-1、110-2这两者实现全套PTAT电流源和CTAT电流源可能不是必要的，所以电路100可以进一步包括第一偏压发生器240和第二偏压发生器250。在物理量是温度，电流源190、190’基于PTAT或者CTAT电流源，而相应的基准信号电路200、200’基于PTAT和CTAT电流源的另一替代的情形中，第一偏压发生器240可以是PTAT偏压发生器，而第二偏压发生器可以是CTAT偏压发生器。在图1所示的实现中，第二偏压发生器250依赖于由第一偏压发生器240提供的输入信号。结果，该两个偏压发生器240、250被耦接。第一偏压发生器240被耦接到电流源190、190’并且第二偏压发生器250被耦接到基准信号电路200、200’。
图2示出用于感测物理量的方法的实施例的流程图。在该方法的实施例在步骤S100中开始之后，在步骤S110中提供第一时钟信号CS1。例如，可以由第一振荡器电路（OSC1）110-1执行步骤S110。在并行的步骤S120中，例如，由第二振荡器电路（OSC2）110-2提供第二时钟信号CS2。在步骤S130中，确定第一和第二时钟信号CS1、CS2的第一和第二频率的频率值的比率。基于在步骤S130中确定的比率，在根据实施例的方法在步骤150中结束之前，在步骤S140中提供频率信号FS。
虽然分别地提供第一和第二时钟信号CS1、CS2的步骤S110和S120通常由第一和第二振荡器电路110-1、110-2执行，但是步骤S130和S140可以由频率比较器电路120执行。如以上概述地，步骤S110和S120可以由两个振荡器电路110同时地执行。原则上，步骤S110和S120还可以顺序地或者在时间方面完全地或者部分地重叠地执行。换言之，如在图2中所示流程图并不是必要地代表必须依其执行步骤的次序。如之前概述地，根据本发明的实施例的、用于感测物理量的方法可以包括如还在下面概述的另外的步骤。
然而，在将更加详细地描述根据本发明的一个实施例的振荡器电路110之前，将连同根据本发明的进一步的实施例一起地描述某些实施例可以提供的可能性。
在以下实施例说明中，不损失一般性地，将总是假设物理量为温度。
通常通过在一个或者多个基准温度下测量传感器的响应而调节传统的温度传感器。为了对于传统的基于电压的温度传感器示意这点，图3示出作为摄氏度（℃）温度T的函数的采用任意单位（a.u.）的输出电压V的输出电压/温度特性的图表。
在图3中的示意所基于的传统的温度传感器中，电流被施加到传感器并且测量所产生的电压。电压线性地依赖于温度。比较器电路利用温度无关电压来评估线性温度依赖电压。分别地在25℃和85℃的基准温度260-1和260-2下在校准过程期间执行这些测量。基于这些测量，然后将执行低温传感器触发点的计算。
传统温度传感器产生PTAT电压、CTAT电压和/或温度无关电压。它使用电压比较电路来比较前述电压中的两个电压。然而，由于有必要实现传输门和进一步的基础结构，以高分辨率实现这种电路可能在集成电路上消耗大的区域。
图3示出基于在两个基准温度260处存在的电压的略微变化、但是被电压比较电路视为对应于相同的电压的几个电压/温度特性270-1、270-2、270-3和270-4。更加精确地，特性270-1和270-2基于以下假设，即，在25℃的第一基准温度260-1下，测量电压与另两个特性270-3、270-4的测量电压的差别稍小于比较电路的一个分辨率级。类似地，在一方面电压依赖性270-2和270-4和在另一方面特性270-1和270-3被假设为基于与略小于关于在85℃的第二基准温度260-2下的分辨率的一级差异相对应的电压。尽管如此，所有的电压仍然将产生由电压比较电路赋予它们的相同的电压值。
关于电压的这种粒度同样地转换成温度的粒度。在图3所示情况中，这将产生大致2K的、关于温度的粒度。因为温度传感器通常不仅在两个基准温度260之间的温度状况（regime）中操作，而且还被用于测量以下和以上的温度，所以由于有限的电压分辨率引起的误差或者所产生的粒度可以在所感测的温度方面导致相当大的不确定性。在图3所示情况和情形下，由于向较低的温度外推，粒度可以增大3倍。
图4示出基于频率测量而非电压测量的频率/温度特性290。更加精确地，图4示出作为摄氏度（℃）温度的函数的采用任意单位（a.u.）的频率的依赖性。
在25℃的单一基准温度260下校准并且使用PTAT电流源或者PTAT电压源来实现图4的示意所基于的温度传感器。由于将结合图7和9更加详细地描述的PTAT电流源或者PTAT电压源的线性特性，在将电流转换到频域中之后，频率依赖性290在绝对零点（0K=-273.15℃）处以零频率开始。
换言之，在理想条件下，在基准温度260下的校准过程期间的单点测量应该足以提供用于可靠地校准图4的图表所基于的温度传感器的足够数据。然而，在现场条件下，高度精确的时间基础可能是必要的，这可以例如作为晶体振荡器或者外部时钟实现。如之前概述地，这种高度精确的时间基础可能并不总是能够获得的。
为了增加温度传感器的准确度，可以使用在校准过程期间的两点测量。为了示意这点，图5示意基于在25℃的第一基准温度260-1下和在85℃的第二基准温度260-2下获取频率值的另一个频率依赖性290。结果，从绝对零点的偏差可以被纳入考虑以增加温度确定的准确度。
然而，虽然在两个基准温度260下校准的这种传感器可以更加精确地工作，但是在与测试条件作为对照的现场条件下，再次地，应该存在高度精确的时间基础，这并不一定能够获得。然而，为了实现这个传统方案的另外的准确度，可能有必要在现场条件下实现适当的源。
图6a示出如在图1中所示根据本发明的一个实施例的电路100的振荡器电路110-1、110-2的两个频率依赖性290-1、290-2。第一振荡器电路（OSC1）110-1包括实质上随着温度二次地改变的单调增加的频率/温度特性290-1。第二振荡器电路（OSC2）110-2包括实质上随着温度逆二次地改变的单调降低频率/温度特性290-2。在大致-15℃到大致125℃的、图6a所示温度范围中，两个振荡器电路110的频率均在大致4MHz和大致10MHz之间的范围中改变。
在如在图1中所示电路100的实施例中，频率比较器电路120可以适于提供频率信号以使得它指示两个振荡器电路110-1、110-2的频率的比率。为了实现这点，图6b示出基于第二振荡器电路110-2的频率f2相对于第一振荡器电路110-1的频率f1的比率的比率/温度特性300。换言之，图6b针对图6a的频率/温度特性290示出作为温度的函数的比率f2/f1。该比率在-15℃到大致125℃的温度范围中从大致2.4改变为大致0.5。该比率在这个温度范围中单调地降低。它因此指示温度。因此，包括有关前述比率的信息的频率信号FS也指示温度。
图7示出根据本发明的一个实施例的振荡器电路110的电路图。振荡器电路110包括如已经在图1中示出的振荡发生器180、电流源190和基准信号电路200。
振荡发生器180包括具有它的第一输入220及其第二输入230的比较器210。第一输入220是比较器210的非反相输入，而第二输入230是反相输入。比较器的输出310被耦接到驱动电路320，驱动电路320包括被串联耦接的第一CMOS反相器330和第二CMOS反相器340（CMOS=互补金属氧化物半导体）。更加精确地，比较器210的输出310被耦接到第一CMOS反相器330的输入，其输出被耦接到第二CMOS反相器340的输入。
驱动电路320和因此第二CMOS反相器340的输出被耦接到晶体管350的控制端子。在根据本发明的一个实施例的振荡器电路110中以PMOS晶体管（PMOS=p沟道金属氧化物半导体）实现晶体管350。结果，控制端子是晶体管的栅极端子。
晶体管350进一步包括第一端子和第二端子。第一端子被耦接到比较器210的第一输入220。晶体管350的第二端子被耦接到能够在此处获得正电源电压VDD的电源电压端子360。
振荡发生器180进一步包括在晶体管350的第一端子和用于基准电势VSS的端子380、390之间被并联耦接到电流源190的、具有电容C的电容器370。基准电势可以是地（GND）电势。用于基准电势380的端子被耦接到电容器370，而端子390被耦接到电流源190。
振荡发生器180进一步包括在两个CMOS反相器330、340之间耦接的触发器（flip-flop）400。触发器400在一个实施例中被实现为当具有预定边沿的信号被提供给触发器400时能够操作用于在第一状态和第二状态之间切换的T触发器。该预定边沿可以是下降沿或者上升沿。触发器400的输出410代表能够在其处获得时钟信号CS或者dco_clk的振荡发生器180的输出。因此，触发器400的输出410还代表振荡发生器180的输出。
振荡器电路110进一步包括基准信号电路200。基准信号电路200包括在基准电势430的端子430与比较器210的第二输入230之间耦接的另外的电流源420。基准信号电路200进一步包括在该另外的电流源420和比较器210的第二输入230与用于电源电压VDD的电源电压端子450之间耦接的一个或者多个电阻器440。
进而，如已经在图1中示意地，电流源190被耦接到可选的第一偏压发生器240，而基准信号电路200或者更加精确地该另外的电流源420被耦接到第二偏压发生器250。第一和第二偏压发生器240、250这两者均可以被相互连接。
要再次指出，第一和第二偏压发生器240、250并不必须是振荡器电路110的一部分。然而，在根据本发明的某些实施例中，它们可以是振荡器电路110的一部分。
进而，要指出，所示出的结构中的很多结构可以被不同地实现。例如，替代作为晶体管350的PMOS晶体管，还可以使用双极晶体管。而且，实现多于一个电阻器440是不必要的。在目前的情形中，根据本发明的一个实施例的振荡器电路110包括可以被用于精调基准信号电路200的一系列电阻器440。
为了示意如在图7中所示振荡器电路110的操作，图8示出作为时间t的函数的采用任意单位（a.u.）的电容器370两端的电压VC的图表。在时间点t1处开始，此时晶体管350已经刚好被驱动电路320关断并且因此电源电压端子360已经刚好被从电容器370解耦，电流源190随着时间线性地将电容器370放电。结果，电容器370两端的电压VC从大致等于电源电压VDD的开始值降低直至达到由该另外的电流源420引起的电压电平VR。当电容器370两端的电压达到电压电平VR时，比较器210在它的输出310处提供被第一CMOS反相器330反相并且被提供给触发器400的信号。而且，第一CMOS反相器330的反相信号被提供给向晶体管350的控制端子提供信号的第二CMOS反相器340，这引起晶体管350接通，换言之，变得导电。电源电压端子360将被连接到电容器370。当以具有低电阻的大晶体管来实现晶体管350时，电容器370可以被快速地充电回到它的初始电压，该初始电压大致等于电源电压VDD。
由于电容器370两端的电压升高，向比较器210提供了大于由基准信号电路200提供的电势VRef的电压。结果，驱动电路320向晶体管350提供信号，这引起晶体管350再次关断。然而，还向触发器400提供了相反边沿的信号。
结果，对于电容器370的每一个充电循环，触发器400被提供有一个下降沿和一个上升沿。因此，每两个充电循环，在触发器400的输入处存在相同的预定边沿。这将导致在触发器400的输出410处输出的时钟信号CS的频率是充电循环的频率的一半。然而，时钟信号CS的占空比是1：1。
因为通过比较电容器370两端的电压（电压VC）和电阻器440两端的电压（电压VR；VR=VC）而确定电容器370的充电频率，其中R是电阻器440的总电阻，所以时钟信号CS的频率由
f=1/（2 RC IR/IC+Td）
给出，其中IR是该另外的电流源420的电流并且IC是电流源190的电流的幅值。Td代表可以显著地比放电时间更短的、电容器370的充电时间。虽然放电时间至少部分地由电流源190确定，但是充电时间至少由至少在该实施例中被实现为大晶体管的晶体管350确定。而且，Td可以依赖于温度和基础工艺技术。然而，在很多情形中，这些可以在良好的近似中被忽略，如果振荡器电路110的频率被选择为足够低的话。低到足以使得变化被忽略的频率可以在几MHz或者几十MHz的范围中。通过出于所有的实际目的而将最低频率调节为小于5MHz，对Td有贡献的变化可以因此是足够小的或者低的。
结果，该频率与电流IC与IR的幅值的比率成比例，其中k是常数：
f=k IC/IR
电流源的电流IC的幅值的变化被精确地转换成频率，因为它们直接地与对电容器370放电所必需的时间有关。在另一方面，该另外的电流源420的幅值IR仅仅引起电压VR改变从而频率间接地与这个电流成比例。然而，它的范围可以受到限制。
图9根据一个实施例示出两个偏压发生器240、250以及它们到电流源190和该另外的电流源420的互连的电路图。电流源190由PMOS晶体管460形成。PMOS晶体管460（PMOS=p沟道金属氧化物半导体）的栅极端子被耦接到第一偏压发生器240的节点470，第一偏压发生器240被实现为基于Widlar（维德拉）电流源的PTAT偏压发生器。
第一偏压发生器240包括第一NMOS晶体管520（NMOS=n沟道金属氧化物半导体）和第二NMOS晶体管530，其中第一NMOS晶体管520的漏极端子被耦接到第三NMOS晶体管500的源极端子，而第二NMOS晶体管530的漏极端子被耦接到第四NMOS晶体管510的源极端子。第二NMOS晶体管530的漏极端子进而被耦接到另外的节点540，该另外的节点540也被耦接到第一和第二NMOS晶体管520、530这两者的栅极端子。
偏压发生器240进一步包括被耦接以形成电流镜的第一PMOS晶体管480和第二PMOS晶体管490，其中该两个PMOS晶体管480、490的两个栅极端子被耦接到节点470。
第三NMOS晶体管500和第四NMOS晶体管510是共源共栅（cascode）的一部分，其中第三NMOS晶体管500的漏极端子被耦接到节点470。第四NMOS晶体管510的漏极端子被耦接到该两个NMOS晶体管500、510的两个栅极端子。
电阻器560被耦接在第一NMOS晶体管520的源极端子和用于基准电势VSS的端子550之间。结果，第一PMOS晶体管480、第一NMOS晶体管520、第三NMOS晶体管500和电阻器560在用于基准电势的端子550和用于电源电压VDD的端子之间形成串联连接。在电流镜的另一侧上，第二PMOS晶体管490、第二NMOS晶体管530和第四NMOS晶体管510在用于基准电势的端子570和用于电源电压VDD的端子之间形成串联连接。在至少部分地在图9中示出的实施例中，电阻器560包括足够高的电阻值以使得第一和第二NMOS晶体管520、530在它们的弱反型状况中操作。
如之前概述地，第一偏压发生器240是PTAT偏压发生器。相应地，第一NMOS晶体管520和第二NMOS晶体管530在它们的尺寸方面不同。更加精确地，在图9所示实施例中，第一NMOS晶体管520可以能够传输第二NMOS晶体管530的大致8倍的电流。结果，第一和第二NMOS晶体管520、530连同电阻器560一起创建与绝对温度成比例的电压VR。
第二偏压发生器250包括被耦接到第一偏压发生器的另外的节点540的运算放大器580。运算放大器580的输出被耦接到NMOS晶体管590的栅极端子，而NMOS晶体管的源极端子被耦接到运算放大器580的反相输入。结果，该另外的节点540被耦接到运算放大器580的非反相输入。NMOS晶体管590的源极端子进而经由电阻器600而被耦接到用于基准电势的端子610。第二偏压发生器250进一步包括在用于电源电压VDD的端子和NMOS晶体管590的漏极端子之间耦接的PMOS晶体管620。进而，PMOS晶体管620的栅极端子也被耦接到NMOS晶体管590的漏极端子。另外的电流源420也包括PMOS晶体管630，PMOS晶体管630的栅极端子也被耦接到第二偏压发生器250的PMOS晶体管620的栅极端子。相应地，该两个PMOS晶体管620、630形成电流镜。
通过向运算放大器580的非反相输入提供第二NMOS晶体管530两端的电压，并且通过取运算放大器580的输出以控制NMOS晶体管590的栅极端子，作为温度的函数的、第二NMOS晶体管530两端的电压的（大致）反比温度依赖性被用于控制该另外的电流源420的PMOS晶体管630。因此，第二偏压发生器250还被称作CTAT偏压发生器或者IPTAT偏压发生器。
结果，电流源190在图9所示实施例中基于PTAT电流源，而另外的电流源420基于CTAT电流源。
图10a和10b示出与图6a和6b类似的图表。然而，要指出，该两个图表的公共温度轴关于在图6a和6b中的示意是相反的。在图10a示出两个频率/温度特性290时，图10b示出图10a所示两个频率/温度特性290的得到的比率/温度特性300。
图10a和10b示意用于在两个不同的基准温度260-1、260-2下的频率测量的、如结合图1示意的两个振荡器110-1、110-2的使用。该两个基准温度被选择为25℃和85℃。由于关于振荡器电路110-1、110-2的温度的不同的行为，分别地形成了该两个振荡器电路110-1、110-2的频率/温度特性290-1、290-2。然而，要指出，在它们的频率方面具有相同的温度依赖性的振荡器110可以不工作，因为这些通常并不提供温度相关比率。当然，可以使用不同于所述及的温度的其它基准温度260。
在这里所示实施例中，第一和第二振荡器电路110-1、110-2的频率依赖性由
f=b1 T/（1–a1T）
和
f=（1–a2T）/b2T给出。
通过在该两个基准温度260下测量两个频率值，具有两个未知变量（a1，b1；a2，b2）的方程组将被求解。因此，对于两个振荡器110，频率/温度特性f（T）可以是能预测的。结果，频率和因此计时器值的比率可以被用于启动对策或者感测温度。
当然，用于感测温度或者–用一般的术语–物理量的电路100并非必须实现根据本发明的实施例的振荡器电路110。可以使用针对电流源或者基准信号电路的不同的组合，然而，具有正和负梯度的电流源190和基准信号电路200的另外的电流源420的组合可能给出提高的准确度。换言之，第一振荡器110-1可以基于被实现为基于CTAT的电流源的电流源190，而另外的电流源420可以被实现为基于PTAT的电流源。相应地，第二振荡器110-2可以被实现为使得电流源190是基于PTAT的电流源，而另外的电流源420是基于CTAT或者IPTAT的电流源。
如在图1中所示电路100的实施例可以因此基于产生基于PTAT的电压和基于CTAT的电压。该电压可以根据温度而被转换成线性电流，并且然后被振荡发生器180转换成关于物理量例如温度具有不同的依赖性的两个振荡器频率。电路100可以例如被实现为温度传感器或者温度监视器。这种温度传感器可以最终能够提供更高的准确度、更小的面积和更小的畸变易感性。
根据本发明的一个实施例的电路100可以因此允许与基于在不使用频率的情况下比较和评估电压电平的传统设计相比较降低实现这种电路所必需的区域。对于根据本发明的实施例的某些电路100，可以能够降低电路的区域高达50%。然而，还可以能够实现更小或者甚至更大的区域降低。而且，由于使用频率而非使用电压，根据本发明的一个实施例的电路100可以不是必要地受到由比较器电路引起的粒度的限制。可能因此能够实现更高的准确度。动态畸变可以最终得到平衡，这在传统方案中可以导致报警情况。
进而，根据本发明的一个实施例的电路100可以能够更加容易地满足将来的准确度需求，因为通过增加将被计数的边沿的数目（预定义数目），可以能够实现更高的准确度。进而，与传统设计相比较，可以能够降低将以较高的准确度制造的装置的数目。因此，在系列生产中的扩张方面，该设计可以变得更加稳健。
进而，根据本发明的一个实施例以及根据本发明的其它实施例的电路100可以提供对由于在现场操作期间采用基于PTAT和基于CTAT的电流源而引起的更高或者更低的温度的、更加容易的访问和获取更高准确度的可能性。结果，可以能够在校准过程期间采用不那么严格的测试条件。用于校准根据本发明的实施例的测试设施的成本可以因此能够降低。而且，估计指示电流消耗可以大致地在与传统方案相同的范围中。
通过采用两个振荡器电路110或者通过采用具有相反的温度依赖性的电流源和基准信号电路，振荡器频率的绝对值可以变得不再重要。因此，并不需要实现精确、预定且固定的基准振荡器。当然，根据实施例的具体实现，它们可以是电路100的一部分或者根据本发明的另一个实施例。然而，在某些实施例中，温度或者物理量的确定可以能够简化为确定频率的比率。因此，以更宽的温度范围监视温度或者另一个物理量可以在较小的花费下变得可行。
说明和附图仅仅示意本发明的原理。因此将会理解本领域技术人员将能够设计尽管未在这里明确地描述或者示出但是体现本发明的原理并且被包括于它的精神和范围内的各种布置。进而，在这里叙述的所有的实例主要地旨在特意地仅仅用于教学的意图以帮助读者理解本发明的原理和本发明人（一个或者多个）为了改进技术而贡献的概念，并且要被理解成不被限制于这种具体地叙述的实例和条件。而且，在这里叙述本发明的原理、方面和实施例的所有的陈述以及其具体实例旨在涵盖其等价形式。
被表示成“用于…的装置”（执行某种功能）的功能块应该被理解成包括分别地适合于执行或者适于执行某种功能的电路的功能块。因此，“用于某事的装置”可以同样地被理解成“适于或者适合于某事的装置”。适于执行某种功能的装置因此并不意味着这种装置必然地正在执行所述功能（在给定的瞬时）。
图中所示各种元件的功能，包括被标记为“装置”、“用于形成的装置”、“用于确定的装置”等的任何功能块可以通过使用专用硬件诸如“形成器”、“确定器”等以及能够与适当软件相关联地执行软件的硬件而提供。当由处理器提供时，所述功能可以由单一专用处理器、由单一共享处理器或者由其中的某些可以共享的多个单独处理器提供。而且，明确地使用术语“处理器”或者“控制器”不应该被理解成专门地意指能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括而不限于数字信号处理器（DSP）硬件、网络处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、用于存储软件的只读存储器（ROM）、随机访问存储器（RAM）和非易失性存储器。还可以包括其它传统的和/或定制的硬件。类似地，图中所示任何开关仅仅是概念性的。可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互而执行它们的功能，具体的技术能够由实现者选择，如更加具体地从上下文理解地。
本领域技术人员应该理解，在这里的任何框图代表体现本发明的原理的示意性电路的概念视图。类似地，将会理解，任何流程图表、流程图、状态转移图、伪代码等代表可以基本上在计算机可读介质中代表的并且从而由计算机或者处理器执行的各种过程，无论是否明确地示出了这种计算机或者处理器。
进而，以下权利要求由此被结合到具体实施方式中，其中每一项权利要求本身可以作为独立的实施例。虽然每一项权利要求本身可以作为独立的实施例，但是要指出，尽管从属权利要求可以在权利要求中提到与一项或者多项其它权利要求的具体组合，但是其它实施例还可以包括从属权利要求与每一项其它从属权利要求的主题的组合。在这里提出这种组合，除非声称并非旨在一种具体组合。进而，旨在还将权利要求的特征包括于任何其它独立权利要求，即便这项权利要求没有直接地从属于该独立权利要求。
要进一步指出，在说明书中或者在权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的相应步骤中的每一个步骤的装置的设备实现。
此外，要理解在说明书或者权利要求中公开的多个步骤或者功能的公开可以不被理解为是在具体次序内的。因此，多个步骤或者功能的公开不会将它们限制为具体的次序，除非这样的步骤或者功能由于技术原因而不是可互换的。
进而，在某些实施例中单一步骤可以包括或者可以被分成为多个子步骤。除非明确地排除，可以作为这个单一步骤的公开的一部分包括这样的子步骤。

Claims (25)

1.一种用于感测物理量的电路，所述感测电路包括：
第一振荡器电路，被配置为提供包括依赖于所述物理量的第一频率的第一时钟信号；
第二振荡器电路，被配置为提供包括依赖于所述物理量的第二频率的第二时钟信号；和
频率比较器电路，被配置为提供指示所述物理量的频率信号，所述频率信号基于所述第一频率和所述第二频率，
其中所述第一振荡器电路和所述第二振荡器电路被配置为分别地提供所述第一时钟信号和所述第二时钟信号，以使得由于所述物理量的改变，所述第一频率和所述第二频率中的一个频率增加，而所述第一频率和所述第二频率中的另一个频率降低。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一振荡器电路和所述第二振荡器电路中的至少一个振荡器电路被配置为提供相应的第一时钟信号和第二时钟信号以使得相应的频率随着所述物理量实质上非线性地改变。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述频率比较器电路被配置为提供所述频率信号以使得所述频率信号指示所述第一频率和所述第二频率的频率值的比率。
4.根据权利要求1所述的电路，其中所述频率比较器电路被配置为基于在一时间段期间对所述第一时钟信号和所述第二时钟信号中的一个时钟信号的边沿的数目计数而提供所述频率信号，所述时间段依赖于所述第一时钟信号和所述第二时钟信号中的另一个时钟信号的边沿的预定义数目。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述频率比较器电路被配置为使得所述预定义数目是固定的整数或者可编程整数。
6.根据权利要求1所述的电路，进一步包括评估电路，所述评估电路被配置为接收所述频率信号并且当所述频率信号满足预定条件时响应于此而提供状态信号。
7.根据权利要求6所述的电路，其中所述评估电路被配置为使得所述预定条件是固定的或者可编程的。
8.根据权利要求6所述的电路，其中所述频率比较器电路被配置为提供所述频率信号以使得所述频率信号指示所述第一频率和所述第二频率的频率值的比率，并且其中所述评估电路被配置为使得当所述比率超过第一预定阈值或者小于第二预定阈值时，所述预定条件得以满足。
9.根据权利要求1所述的电路，其中在单一、单片集成电路上实现所述感测电路。
10.根据权利要求1所述的电路，其中所述物理量是温度。
11.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一振荡器电路和所述第二振荡器电路中的至少一个振荡器电路包括：
被配置为提供时钟信号的振荡发生器，所述振荡发生器包括比较器；
被耦接到所述比较器的第一输入并且被配置为提供至少部分地对电容进行充电或者放电的电流的电流源，所述电流包括依赖于所述物理量的幅值；和
被耦接到所述比较器的第二输入并且被配置为提供基准信号的基准信号电路，所述基准信号包括依赖于所述物理量的幅值，
其中所述电流源和所述基准信号电路被配置为分别地提供所述电流和所述基准信号，以使得由于所述物理量的改变，所述电流或者所述基准信号的幅值增加，而所述电流和所述基准信号中的另一个幅值降低。
12.一种用于感测物理量的方法，包括：
提供包括依赖于所述物理量的第一频率的第一时钟信号；
提供包括依赖于所述物理量的第二频率的第二时钟信号；
确定所述第一频率和所述第二频率的频率值的比率；和
提供指示所述物理量的频率信号，所述频率信号基于所确定的所述频率值的比率，
其中所述第一时钟信号和所述第二时钟信号被提供以使得由于所述物理量的改变，所述第一频率和所述第二频率中的一个频率增加，而所述第一频率和所述第二频率中的另一个频率降低。
13.一种振荡器电路，包括：
被配置为提供时钟信号的振荡发生器，所述振荡发生器包括比较器；
被耦接到所述比较器的第一输入并且被配置为提供电流的电流源，所述电流包括依赖于所述物理量的幅值；和
被耦接到所述比较器的第二输入并且被配置为提供基准信号的基准信号电路，所述基准信号包括依赖于所述物理量的幅值，
其中所述电流源和所述基准信号电路被配置为分别地提供所述电流和所述基准信号，以使得由于所述物理量的改变，所述电流或者所述基准信号的幅值增加，而所述电流和所述基准信号的另一个幅值降低。
14.根据权利要求13所述的振荡器电路，其中所述振荡发生器进一步包括电容器并且其中所述电流源被耦接到所述电容器以使得所述电流源被配置为对所述电容器充电或者放电。
15.根据权利要求14所述的振荡器电路，其中所述振荡发生器进一步包括具有第一端子、第二端子和控制端子的晶体管，所述第一端子被耦接到所述电流源和所述电容器，所述第二端子被耦接到电源电压端子，并且所述控制端子被耦接到所述比较器的输出。
16.根据权利要求15所述的振荡器电路，其中所述振荡发生器进一步包括被耦接在所述比较器的所述输出和所述晶体管的所述控制输入之间的驱动电路。
17.根据权利要求13所述的振荡器电路，其中所述振荡发生器进一步包括被耦接到所述比较器的所述输出的触发器，所述触发器被配置为当具有预定边沿的信号被提供给所述触发器时在第一状态和第二状态之间切换。
18.根据权利要求13所述的振荡器电路，其中所述电流源和所述基准信号电路中的至少一个电路被配置为提供所述电流或者所述基准信号以使得所述幅值随着所述物理量线性地或者逆线性地改变。
19.根据权利要求13所述的振荡器电路，其中所述基准信号电路包括另外的电流源和电阻器，其中所述基准信号电路被配置为向所述比较器的所述第二输入提供电压。
20.根据权利要求13所述的振荡器电路，其中所述物理量是温度。
21.根据权利要求13所述的振荡器电路，其中所述电流源是基于与绝对温度成比例的电流源并且所述基准信号电路是基于与绝对温度成互补的电流源，或者其中所述电流源是基于与绝对温度成互补的电流源并且所述基准信号电路是基于与绝对温度成比例的电流源。
22.一种智能卡，包括：
第一振荡器电路，被配置为提供包括依赖于物理量的第一频率的第一时钟信号；
第二振荡器电路，被配置为提供包括依赖于所述物理量的第二频率的第二时钟信号；
频率比较器电路，被配置为提供指示所述物理量的频率信号，所述频率信号基于所述第一频率和所述第二频率；和
评估电路，被配置为接收所述频率信号，所述评估电路进一步被配置为将所述频率信号与预定条件进行比较并且当所述频率信号满足所述预定条件时提供状态信号，
其中第一和第二振荡器电路被配置为提供所述第一时钟信号和所述第二时钟信号，以使得由于所述物理量的改变，所述第一频率和所述第二频率中的一个频率增加，而所述第一频率和所述第二频率中的另一个频率降低。
23.根据权利要求22所述的智能卡，进一步包括对策电路，其中所述对策电路被配置为接收所述状态信号并且在接收到所述状态信号时启动对策。
24.根据权利要求23所述的智能卡，其中所述对策电路被配置为使得启动的对策是一组对策中的至少一项，所述一组对策包括：启动所述智能卡的安全性重置，降低电压电平，和降低操作时钟信号的频率。
25.一种温度感测电路，包括：
第一振荡器电路，所述第一振荡器电路包括：
    被配置为提供第一时钟信号的第一振荡发生器，所述第一时钟信号包括第一频率，所述第一振荡发生器包括第一比较器；
    被耦接到所述第一比较器的第一输入并且被配置为提供第一电流的第一电流源，所述第一电流包括依赖于所述温度的幅值；和
    被耦接到所述第一比较器的第二输入并且被配置为提供第一基准信号的第一基准信号电路，所述第一基准信号包括依赖于所述温度的幅值，
    其中所述第一电流源被配置为提供所述第一电流，以使得由于所述温度的改变，所述第一电流的幅值增加，
    其中所述第一基准信号电路被配置为提供所述第一基准信号，以使得由于所述温度的改变，所述第一基准信号的幅值降低；
第二振荡器电路，所述第二振荡器电路包括：
    被配置为提供第二时钟信号的第二振荡发生器，所述第二时钟信号包括第二频率，所述第二振荡发生器包括第二比较器；
    被耦接到所述第二比较器的第一输入并且被配置为提供第二电流的第二电流源，所述第二电流包括依赖于所述温度的幅值；和
    被耦接到所述第二比较器的第二输入并且被配置为提供第二基准信号的第二基准信号电路，所述第二基准信号包括依赖于所述温度的幅值，
    其中所述第二电流源被配置为提供所述第二电流，以使得由于所述温度的改变，所述第二电流的幅值降低，
    其中所述第二基准信号电路被配置为提供所述第二基准信号，以使得由于所述温度的改变，所述第二基准信号的幅值增加；
被耦接到所述第一振荡器电路和所述第二振荡器电路的频率比较器电路，所述频率比较器被配置为提供指示所述温度的频率信号，所述频率信号基于所述第一频率和所述第二频率，
其中所述第一振荡器电路和所述第二振荡器电路被配置为分别地提供所述第一时钟信号和所述第二时钟信号，以使得由于所述物理量的改变，所述第一频率和所述第二频率中的一个频率增加，而所述第一频率和所述第二频率中的另一个频率降低；并且
其中所述第一振荡器电路和所述第二振荡器电路被配置为提供相应的时钟信号以使得相应的频率随着所述物理量实质上非线性地改变。
CN201310050189.0A 2012-02-15 2013-02-08 用于感测物理量的电路和方法 Active CN103258226B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/396,923 US8979362B2 (en) 2012-02-15 2012-02-15 Circuit and method for sensing a physical quantity, an oscillator circuit, a smartcard, and a temperature-sensing circuit
US13/396923 2012-02-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103258226A true CN103258226A (zh) 2013-08-21
CN103258226B CN103258226B (zh) 2016-08-31

Family

ID=48915332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310050189.0A Active CN103258226B (zh) 2012-02-15 2013-02-08 用于感测物理量的电路和方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8979362B2 (zh)
CN (1) CN103258226B (zh)
DE (1) DE102013101490B4 (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104242889A (zh) * 2013-06-14 2014-12-24 英飞凌科技股份有限公司 用于半导体的感测元件
CN104568208A (zh) * 2015-01-13 2015-04-29 合肥工业大学 一种集成于射频识别标签的温度传感器
CN104596662A (zh) * 2014-12-08 2015-05-06 深圳市芯海科技有限公司 优化线性度的片上数字温度传感器
CN104596659A (zh) * 2014-12-09 2015-05-06 友达光电股份有限公司 显示器的温度感测电路、显示器及其操作方法
CN105043580A (zh) * 2014-04-16 2015-11-11 矽统科技股份有限公司 单芯片温度感应装置
CN105259582A (zh) * 2014-07-09 2016-01-20 意法半导体股份有限公司 用于对接lc传感器的方法和相关系统
CN106416060A (zh) * 2013-10-23 2017-02-15 思睿逻辑国际半导体有限公司 D类放大器电路
CN106681139A (zh) * 2016-12-19 2017-05-17 重庆承亿机电设备有限公司 变频器频率模拟给定自动控制方法
CN110291720A (zh) * 2016-12-14 2019-09-27 微-埃普西龙测量技术有限两合公司 一种线性化电路和一种用于将测量信号线性化的方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5215060B2 (ja) * 2008-07-02 2013-06-19 テルモ株式会社 電子体温計及び作動制御方法
KR20130070953A (ko) * 2011-12-20 2013-06-28 한국전자통신연구원 공정변화에 둔감한 오실레이터 기반 디지털 온도센서
FR2989777B1 (fr) * 2012-04-23 2014-10-24 Snecma Correction d'une mesure de temperature d'une sonde de temperature de type a resistance thermometrique
KR101951844B1 (ko) * 2012-06-21 2019-02-26 삼성디스플레이 주식회사 온도감지장치 및 그 구동 방법
JP5152944B1 (ja) * 2012-09-21 2013-02-27 眞人 田邉 水晶温度計測用プローブおよび水晶温度計測装置
US10114068B1 (en) * 2013-08-22 2018-10-30 Altera Corporation Methods and apparatus for monitoring aging effects on an integrated circuit
CN104833437B (zh) * 2015-05-27 2017-05-10 东南大学 一种应用于数字式cmos温度传感的脉宽信号产生电路
US10473530B2 (en) * 2017-08-18 2019-11-12 Qualcomm Incorporated Apparatus and method for generating temperature-indicating signal using correlated-oscillators
CN108489625B (zh) * 2018-03-21 2019-10-11 西安交通大学 一种cmos全集成近零功耗温度传感器
US20230380702A1 (en) * 2022-05-26 2023-11-30 Certus Critical Care, Inc. Solid state sensor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2429440B2 (de) * 1974-06-19 1976-05-20 Danfoss A/S, Nordborg (Dänemark) Messystem mit einem messwertumformer
US20060285576A1 (en) * 2005-06-17 2006-12-21 Renesas Technology Corp. Semiconductor device
CN101019138A (zh) * 2004-04-26 2007-08-15 忆思智能技术公司 用于护照的智能卡、电子护照以及用于对持有智能卡或电子护照的人进行身份认证的方法、系统和设备
CN101634595A (zh) * 2009-08-20 2010-01-27 南京航空航天大学 一种高精度铂电阻测温系统及基于该系统的测温方法
CN101769798A (zh) * 2009-01-06 2010-07-07 比亚迪股份有限公司 一种温度检测系统

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1570659A (en) * 1976-06-30 1980-07-02 Suwa Seikosha Kk Electronic timepiece
US5795068A (en) * 1996-08-30 1998-08-18 Xilinx, Inc. Method and apparatus for measuring localized temperatures and voltages on integrated circuits
US6078208A (en) 1998-05-28 2000-06-20 Microchip Technology Incorporated Precision temperature sensor integrated circuit
US6707629B1 (en) 2000-06-30 2004-03-16 Texas Instruments Incorporated Digital temperature monitor
US6695475B2 (en) * 2001-05-31 2004-02-24 Stmicroelectronics, Inc. Temperature sensing circuit and method
US6507238B1 (en) 2001-06-22 2003-01-14 International Business Machines Corporation Temperature-dependent reference generator
US6806698B2 (en) * 2002-02-19 2004-10-19 Sun Microsystems, Inc. Quantifying a difference between nodal voltages
US6908227B2 (en) * 2002-08-23 2005-06-21 Intel Corporation Apparatus for thermal management of multiple core microprocessors
US7657772B2 (en) * 2003-02-13 2010-02-02 International Business Machines Corporation Thermally aware integrated circuit
US7084698B2 (en) 2004-10-14 2006-08-01 Freescale Semiconductor, Inc. Band-gap reference circuit
US7211926B2 (en) * 2005-03-09 2007-05-01 The Regents Of The University Of California Temperature compensated oscillator including MEMS resonator for frequency control
JP5138875B2 (ja) * 2005-07-19 2013-02-06 株式会社デンソー センサ装置
US20070057734A1 (en) * 2005-09-09 2007-03-15 Ruby Richard C Oscillatory circuit having two oscillators
US7592876B2 (en) 2005-12-08 2009-09-22 Intel Corporation Leakage oscillator based aging monitor
US7331708B2 (en) * 2006-02-23 2008-02-19 National Semiconductor Corporation Frequency ratio digitizing temperature sensor with linearity correction
US7446619B2 (en) * 2006-06-14 2008-11-04 Sitime Corporation Temperature measurement system having a plurality of microelectromechanical resonators and method of operating same
TWI310456B (en) * 2006-12-06 2009-06-01 Via Tech Inc Digital temperature detecting system and detecting method
US7831873B1 (en) * 2007-03-07 2010-11-09 Xilinx, Inc. Method and apparatus for detecting sudden temperature/voltage changes in integrated circuits
US7619486B1 (en) * 2007-03-07 2009-11-17 Xilinx, Inc. Method for detecting and compensating for temperature effects
JP5155717B2 (ja) * 2007-04-02 2013-03-06 高麗大学産学協力団 発振回路を利用した温度測定装置及び方法
US7733189B1 (en) * 2007-09-14 2010-06-08 Western Digital Technologies, Inc. Oscillator comprising foldover detection
DE102008006301B4 (de) * 2008-01-28 2017-06-08 Infineon Technologies Ag Schaltungsanordnung zum Detektieren von Spannungsänderungen und Verfahren zum Detektieren einer Spannungsänderung
JP2009281888A (ja) * 2008-05-22 2009-12-03 Panasonic Corp 物理量検出回路およびそれを備える物理量センサ装置、並びに物理量検出方法
US8729978B2 (en) * 2011-08-01 2014-05-20 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. Quartz-crystal controlled oscillator
US9281827B2 (en) * 2011-11-21 2016-03-08 Cirrus Logic International Semiconductor Ltd. Clock generator
KR20130070953A (ko) * 2011-12-20 2013-06-28 한국전자통신연구원 공정변화에 둔감한 오실레이터 기반 디지털 온도센서

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2429440B2 (de) * 1974-06-19 1976-05-20 Danfoss A/S, Nordborg (Dänemark) Messystem mit einem messwertumformer
CN101019138A (zh) * 2004-04-26 2007-08-15 忆思智能技术公司 用于护照的智能卡、电子护照以及用于对持有智能卡或电子护照的人进行身份认证的方法、系统和设备
US20060285576A1 (en) * 2005-06-17 2006-12-21 Renesas Technology Corp. Semiconductor device
CN101769798A (zh) * 2009-01-06 2010-07-07 比亚迪股份有限公司 一种温度检测系统
CN101634595A (zh) * 2009-08-20 2010-01-27 南京航空航天大学 一种高精度铂电阻测温系统及基于该系统的测温方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9891640B2 (en) 2013-06-14 2018-02-13 Infineon Technologies Ag Sensing element for semiconductor
CN104242889A (zh) * 2013-06-14 2014-12-24 英飞凌科技股份有限公司 用于半导体的感测元件
CN106416060A (zh) * 2013-10-23 2017-02-15 思睿逻辑国际半导体有限公司 D类放大器电路
CN106416060B (zh) * 2013-10-23 2019-05-21 思睿逻辑国际半导体有限公司 D类放大器电路
US10171049B2 (en) 2013-10-23 2019-01-01 Cirrus Logic, Inc. Class-D amplifier circuits
CN105043580A (zh) * 2014-04-16 2015-11-11 矽统科技股份有限公司 单芯片温度感应装置
CN105043580B (zh) * 2014-04-16 2018-04-27 矽统科技股份有限公司 单芯片温度感应装置
CN105259582A (zh) * 2014-07-09 2016-01-20 意法半导体股份有限公司 用于对接lc传感器的方法和相关系统
CN104596662B (zh) * 2014-12-08 2017-06-13 深圳市芯海科技有限公司 优化线性度的片上数字温度传感器
CN104596662A (zh) * 2014-12-08 2015-05-06 深圳市芯海科技有限公司 优化线性度的片上数字温度传感器
CN104596659A (zh) * 2014-12-09 2015-05-06 友达光电股份有限公司 显示器的温度感测电路、显示器及其操作方法
CN104568208B (zh) * 2015-01-13 2017-11-10 合肥工业大学 一种集成于射频识别标签的温度传感器
CN104568208A (zh) * 2015-01-13 2015-04-29 合肥工业大学 一种集成于射频识别标签的温度传感器
CN110291720A (zh) * 2016-12-14 2019-09-27 微-埃普西龙测量技术有限两合公司 一种线性化电路和一种用于将测量信号线性化的方法
CN110291720B (zh) * 2016-12-14 2023-07-21 微-埃普西龙测量技术有限两合公司 一种线性化电路和一种用于将测量信号线性化的方法
CN106681139A (zh) * 2016-12-19 2017-05-17 重庆承亿机电设备有限公司 变频器频率模拟给定自动控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103258226B (zh) 2016-08-31
US8979362B2 (en) 2015-03-17
DE102013101490A1 (de) 2013-08-22
DE102013101490B4 (de) 2014-05-15
US20130208763A1 (en) 2013-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103258226A (zh) 用于感测物理量的电路和方法
US7459983B2 (en) Temperature detecting semiconductor device
US7619486B1 (en) Method for detecting and compensating for temperature effects
US7831873B1 (en) Method and apparatus for detecting sudden temperature/voltage changes in integrated circuits
WO2015143993A1 (zh) 时间域集成温度传感器
EP3152538B1 (en) Low power low cost temperature sensor
CN101595530B (zh) 读取用于进行时间测量的电荷保持元件的电路
EP1262755A1 (en) Temperature sensing circuit and calibration method
EP1081477A1 (en) CMOS Temperature sensor
JP6415285B2 (ja) 温度電圧センサ
EP1858163B1 (en) Oscillator circuit generating oscillating signal having stable cycle
US20150035550A1 (en) High accuracy measurement of on-chip component parameters
Lopez‐Lapeña et al. Calibration‐less direct capacitor‐to‐microcontroller interface
US10197455B2 (en) Thermal oscillator
Tan et al. Supply sensitivity analysis for low-power time-domain temperature sensor in RFID application
Jain et al. On-chip threshold voltage variability detector targeting supply of ring oscillator for characterizing local device mismatch
Syranidis et al. A reference-free voltage sensing method based on transient mode switching
Yen et al. Low power and fast system wakeup circuit
US9297703B2 (en) Temperature sensing device and method of driving thereof
Kogut et al. Simulation of Sensor Capacitive Elements Built into the Microsystem-On-Chip
Wokhlu et al. A low voltage mixed signal ASIC for digital clinical thermometer
Freier et al. Digital asynchronous on-chip temperature measurement using a buffer ring
Pérez-Puigdemont et al. ASIC implementation of an all-digital self-adaptive PVTA variation-aware clock generation system
Li et al. Ultra-low-power and High-accuracy CMOS Temperature Sensor
Keane et al. Process and reliability sensors for nanoscale cmos

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant